目录
- 1. 产品概述
- 2. 技术规格详解
- 2.1 绝对最大额定值
- 2.2 光电特性 (Ta=25°C)
- 3. 性能曲线分析
- 3.1 红外LED特性
- 3.2 光敏三极管特性
- 4. 机械与封装信息
- 4.1 封装尺寸
- 4.2 极性识别与安装
- 5. 焊接与组装指南
- 5.1 引脚成型
- 5.2 焊接建议
- 5.3 推荐焊接温度曲线
- 6. 存储与操作
- 7. 包装与订购信息
- 7.1 包装规格
- 7.2 标签信息
- 8. 应用建议
- 8.1 典型应用场景
- 8.2 设计考量
- 9. 技术对比与差异化
- 10. 常见问题解答 (基于技术参数)
- 10.1 红外LED的典型工作电流是多少？
- 10.2 光敏三极管的灵敏度如何？
- 10.3 能否用于检测透明物体？
- 10.4 对于物体检测，发射器和探测器之间推荐的距离是多少？
- 11. 实际设计与使用案例
- 12. 工作原理
- 13. 技术趋势
1. 产品概述
ITR8104是一款紧凑型光电断续器模块，专为非接触式传感和开关应用而设计。它将一个红外发射二极管和一个NPN硅光敏三极管集成在一个黑色的热塑性塑料外壳内。两个元件并排排列在会聚的光轴上。在正常状态下，光敏三极管接收LED发出的红外辐射。当不透明物体阻断发射器和探测器之间的光路时，光敏三极管停止导通，从而提供一个清晰的开关信号。
该器件的主要优势包括快速响应时间、高灵敏度以及940nm的峰值发射波长，该波长位于可见光谱之外，可最大限度地减少环境光的干扰。该器件采用无铅材料制造，并符合RoHS和欧盟REACH等相关环保法规。
2. 技术规格详解
2.1 绝对最大额定值
超出这些限制操作器件可能导致永久性损坏。
- 输入 (红外LED):
- 功耗 (Pd): 75 mW (在25°C或以下)
- 反向电压 (VR): 5 V
- 正向电流 (IF): 50 mA
- 输出 (光敏三极管):
- 集电极功耗 (Pc): 75 mW
- 集电极电流 (IC): 20 mA
- 集电极-发射极电压 (BVCEO): 30 V
- 发射极-集电极电压 (BVECO): 5 V
- 热特性:
- 工作温度 (Topr): -25°C 至 +85°C
- 存储温度 (Tstg): -40°C 至 +85°C
- 引脚焊接温度 (Tsol): 260°C，持续时间 ≤5 秒 (测量点距封装3mm)
2.2 光电特性 (Ta=25°C)
这些参数定义了器件在典型工作条件下的性能。
- 输入 (红外LED) 特性:
- 正向电压 (VF): 1.2V (典型值), 1.6V (最大值) 在 IF=20mA 时
- 反向电流 (IR): 10 μA (最大值) 在 VR=5V 时
- 峰值波长 (λP): 940 nm (典型值) 在 IF=20mA 时
- 输出 (光敏三极管) 特性:
- 暗电流 (ICEO): 100 nA (最大值) 在 VCE=20V, Ee=0mW/cm² 时
- 集电极-发射极饱和电压 (VCE(sat)): 0.4V (最大值) 在 IC=0.5mA, IF=20mA 时
- 集电极电流 (IC(ON)): 0.5 mA (最小值) 在 VCE=5V, IF=20mA 时
- 上升时间 (tr): 20 μs (典型值) 在 VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ 时
- 下降时间 (tf): 20 μs (典型值) 在 VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ 时
3. 性能曲线分析
规格书提供了对设计工程师至关重要的几条特性曲线。
3.1 红外LED特性
图表展示了正向电流与环境温度之间的关系，显示了在较高温度下为保持在功率限制内所需的降额。光谱灵敏度曲线确认了940nm处的峰值发射。另一张图表显示了峰值发射波长随环境温度的微小变化，对于大多数应用来说通常可以忽略不计。
3.2 光敏三极管特性
关键图表包括在不同温度下集电极电流与正向电流的关系（传输特性），突出了器件的灵敏度。集电极功耗与环境温度的关系图对于热管理至关重要，它表明了最大允许功耗如何随着环境温度的升高而降低。
4. 机械与封装信息
4.1 封装尺寸
ITR8104采用标准通孔封装。关键尺寸包括引脚间距、本体宽度和总高度。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，一般公差为±0.3mm。引脚间距在引脚从塑料封装本体伸出的位置测量。
4.2 极性识别与安装
该器件具有标准引脚排列：红外LED的阳极和阴极，以及光敏三极管的集电极和发射极。外壳通常有标记或形状来指示引脚1。在PCB上安装时，孔必须与引脚位置精确对齐，以避免对环氧树脂本体施加机械应力，否则可能导致性能下降或故障。
5. 焊接与组装指南
5.1 引脚成型
- 弯曲必须在距离环氧树脂本体底部大于3mm的位置进行。
- 引脚成型必须在焊接过程之前完成。
- 弯曲时必须牢固固定引线框架，以防止对封装施加应力。
- 引脚切割应在室温下进行。
5.2 焊接建议
为防止热损伤，焊点与环氧树脂球体之间应保持至少3mm的最小距离。
- 手工焊接:烙铁头温度: 最高300°C (最大功率30W)。焊接时间: 每引脚最长3秒。
- 波峰焊/浸焊:预热温度: 最高100°C (最长60秒)。焊锡槽温度: 最高260°C。浸入时间: 最长5秒。
- 焊接后避免快速冷却。让器件逐渐恢复到室温。
- 浸焊或手工焊接不应进行超过一次。
5.3 推荐焊接温度曲线
该曲线建议采用渐进式预热、在液相线以上（通常为260°C）的受控时间以及受控的冷却速率，以最大限度地减少对元件的热冲击。
6. 存储与操作
- 初始存储 (运输后):10–30°C，相对湿度≤70%，最长3个月。
- 长期存储 (超过3个月):10–25°C，相对湿度20–60%，在氮气气氛的密封容器中，最长一年。
- 开封后:存储在10–25°C，相对湿度20–60%的环境中。请在24小时内或尽快使用。未使用的器件请及时重新密封。
- 避免在高湿度环境中发生快速温度变化，以防止冷凝。
- 清洁:超声波清洗不推荐用于此器件。
7. 包装与订购信息
7.1 包装规格
标准包装为：每管100件，每盒20管，每箱4盒。
7.2 标签信息
产品标签包含以下字段：客户产品编号 (CPN)、产品编号 (P/N)、包装数量 (QTY)、发光强度等级 (CAT)、主波长等级 (HUE)、正向电压等级 (REF)、批号 (LOT No.) 以及日期/月份代码 (X)。
8. 应用建议
8.1 典型应用场景
- 位置/速度传感:用于计算机鼠标、复印机和软盘驱动器，以检测旋转或线性运动。
- 非接触式开关:用于自动售货机、安全系统和工业自动化中的物体检测。
- 边缘检测:用于打印机和扫描仪，以检测纸张存在或介质边缘。
- 直接电路板安装:适用于需要可靠、隔离开关的通孔PCB应用。
8.2 设计考量
- 限流:始终与红外LED串联一个电阻，以将正向电流 (IF) 限制在所需值，通常为20mA或更低，以确保长期可靠性。
- 负载电阻:通常在上拉电阻连接在光敏三极管的集电极和电源电压 (VCC) 之间。其阻值（例如1kΩ）会影响输出电压摆幅和开关速度。
- 环境光:虽然940nm滤光片有所帮助，但设计物理屏障或外壳以屏蔽传感器免受直接环境红外光源（如阳光或白炽灯泡）的影响，可以提高可靠性。
- 响应时间:对于高速应用，需考虑20μs的典型上升/下降时间，并确保驱动电路能够适应。
- 热管理:遵守功率降额曲线，尤其是在高环境温度环境中。
9. 技术对比与差异化
ITR8104提供了一套均衡的特性。其940nm波长对可见光噪声具有良好的抗干扰性。并排、会聚轴的设计提供了明确的感应间隙，使其适用于边缘检测和精确物体定位。快速的20μs响应时间使其可用于中速计数或编码应用。通孔封装为承受振动的应用提供了坚固的机械连接。与反射式传感器相比，断续器提供更明确的开关信号，因为它们不受目标物体反射率的影响。
10. 常见问题解答 (基于技术参数)
10.1 红外LED的典型工作电流是多少？
光电特性是在 IF= 20mA 的条件下指定的，这是一个常见且可靠的工作点。为了获得更高的输出，可以驱动到绝对最大值50mA，但这需要仔细的热管理，并可能降低长期可靠性。
10.2 光敏三极管的灵敏度如何？
关键参数是 IC(ON)，当红外LED以20mA驱动且 VCE=5V 时，保证至少为0.5mA。这为带有合适上拉电阻的数字开关接口提供了稳定的信号。
10.3 能否用于检测透明物体？
不能。ITR8104设计用于检测完全阻断红外光束的不透明物体。透明或半透明材料可能允许足够的红外光通过，导致光敏三极管无法完全关闭。
10.4 对于物体检测，发射器和探测器之间推荐的距离是多少？
规格书未指定最大间隙。有效间隙取决于对准情况和红外LED的强度。为确保可靠运行，物体应完全占据两个元件之间的会聚光路。典型的感应距离为几毫米，由机械外壳定义。
11. 实际设计与使用案例
案例：打印机卡纸检测
将一个ITR8104安装在纸张路径上。一个微控制器引脚通过一个150Ω电阻驱动红外LED（在3.3V下将 IF限制在约20mA）。光敏三极管的集电极通过一个4.7kΩ上拉电阻连接到3.3V，再连接到微控制器的数字输入引脚。在“有纸”状态下，纸张阻挡光束，光敏三极管关闭，输入引脚通过上拉电阻读取为高电平。当纸张路径畅通时，红外光到达光敏三极管，使其导通并将输入引脚拉低。微控制器监控此引脚。当预期有纸时，持续的高电平状态表示卡纸或送纸错误。快速的响应时间确保能快速检测到卡纸，而940nm的波长可防止室内照明引起的误触发。
12. 工作原理
ITR8104基于调制光检测原理工作。一个红外LED发射波长为940nm的光子。一个位于LED对面的硅光敏三极管作为接收器。当具有足够能量的光子撞击光敏三极管的基区时，它们会产生电子-空穴对。这种光生电流充当基极电流，导致晶体管导通更大的集电极电流（光电效应与晶体管放大相结合）。光路中存在不透明物体会阻止光子到达光敏三极管，从而消除基极电流并使晶体管关闭。这就产生了一个与物体存在与否相关的数字输出信号。
13. 技术趋势
光电断续器仍然是机电系统中的基础元件。当前的趋势集中在小型化（更小的SMD封装）、在封装内集成额外的信号调理电路（如施密特触发器或放大器）以提供更干净的数字输出，以及提高对环境污染物（如灰尘）的抵抗力。此外，还有面向高级编码应用的更高速度变体的趋势。由于其电气隔离、非接触特性以及与纯机械开关相比的可靠性，光学断续的核心原理仍然非常稳健。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |