ITR20001/T 光电断续器数据手册 - 封装尺寸 4.0x4.0x2.5mm - 正向电压 1.2V - 峰值波长 940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

ITR20001/T 是一款反射式光电断续器模块，专为非接触式传感应用而设计。它将一个红外发射二极管和一个NPN硅光电晶体管集成在一个紧凑的黑色热塑性塑料外壳内。两个元件并排放置在会聚的光轴上。在默认状态下，光电晶体管接收不到来自发射器的辐射。当反射物体进入感应间隙时，来自发射器的红外光被物体反射并被光电晶体管检测到，从而导致其输出状态发生变化。这一原理实现了可靠的物体检测和位置感应。

2. 主要特性与合规性

该器件为电子设计提供了多项优势：

• 快速响应时间：支持快速检测，适用于高速应用。
• 高灵敏度：光电晶体管相对于输入辐照度能提供较强的输出信号。
• 红外工作：峰值发射波长（λp）为940nm，人眼不可见，减少了环境光干扰。
• 环境合规性：产品无铅，符合RoHS和欧盟REACH法规，且不含卤素（Br <900 ppm， Cl <900 ppm， Br+Cl < 1500 ppm）。

3. 器件选型与结构

该模块采用特定材料构建，以实现最佳性能：

• 红外发射器（IR）：采用GaAlAs（砷化镓铝）芯片，封装在透明透镜后方，以实现高效的红外光传输。
• 光电晶体管（PT）：采用硅芯片，封装在黑色透镜后方，以滤除可见光并提高信噪比。

黑色外壳可在无物体存在时，最大限度地减少发射器和检测器之间的内部光反射（串扰），确保可靠的关断状态。

4. 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。所有额定值均在环境温度（Ta）为25°C时指定。

4.1 输入（红外发射器）额定值

• 功耗（Pd）：75 mW
• 反向电压（VR）：5 V
• 连续正向电流（IF）：50 mA
• 峰值正向电流（IFP）：1 A（脉冲宽度 ≤100μs， 占空比=1%）

4.2 输出（光电晶体管）额定值

• 集电极功耗（Pd）：75 mW
• 集电极电流（IC）：20 mA
• 集电极-发射极电压（BV_CEO）：30 V
• 发射极-集电极电压（BV_ECO）：5 V

4.3 通用额定值

• 工作温度（T_opr）：-40°C 至 +85°C
• 存储温度（T_stg）：-40°C 至 +85°C
• 引脚焊接温度（T_sol）：260°C，持续5秒（测量点距离封装本体1/16英寸）。

5. 光电特性

这些参数定义了标准测试条件（Ta=25°C）下的电气和光学性能。

5.1 红外发射器（输入）特性

• 正向电压（V_F）：1.2 V（典型值），在 I_F= 20mA 时。最大值为1.5V。
• 反向电流（I_R）：最大 10 μA，在 V_R= 5V 时。
• 峰值波长（λ_P）：940 nm（典型值），在 I_F= 20mA 时。

5.2 光电晶体管（输出）特性

• 暗电流（I_CEO）：最大 100 nA，在 V_CE= 5V 且零辐照度（E_e=0）时。这是传感器关闭时的漏电流。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(sat)）：最大 0.4 V，在 I_C= 2mA 且辐照度为 1 mW/cm² 时。对于开关应用，较低的 V_CE(sat)是理想的。
• 集电极电流（传输比）：
  • I_C(ON)：最小 200 μA，在 V_CE= 5V 且 I_F= 20mA 时。这是检测到物体时的电流。
  • I_C(OFF)：最大 2 μA，在相同条件下，代表无物体存在时的残余电流。
• 开关速度：
  • 上升时间（t_r）：25 μs（典型值）
  • 下降时间（t_f）：25 μs（典型值） 测量条件为 V_CE=5V， I_C=100μA， 且 R_L=100Ω。

6. 性能曲线分析

数据手册提供了图示数据，说明器件在各种条件下的行为。

6.1 红外发射器曲线

• 正向电流 vs. 环境温度：显示随着温度升高，最大允许正向电流的降额情况。
• 光谱灵敏度：确认了以940nm为中心的窄发射带。
• 峰值发射波长 vs. 温度：说明了峰值波长随温度变化的轻微偏移。
• 正向电流 vs. 正向电压（IV曲线）：提供了用于计算串联电阻值的关系。
• 辐射强度 vs. 正向电流：显示了作为驱动电流函数的光学输出功率。
• 相对辐射强度 vs. 角位移：描绘了红外LED的发射模式（光束轮廓）。

6.2 光电晶体管曲线

• 集电极功耗 vs. 环境温度：提供了光电晶体管功率处理的降额指南。
• 光谱灵敏度：显示了光电晶体管在不同波长下的响应度，在红外区域达到峰值以匹配发射器。
• 相对集电极电流 vs. 环境温度：指示光电晶体管的灵敏度如何随温度变化。
• 集电极电流 vs. 辐照度：关键图表，显示了入射光功率与输出电流之间的线性关系，定义了器件的传输特性。
• 集电极暗电流 vs. 环境温度：显示了漏电流如何随温度增加，这对于高温操作很重要。
• 集电极电流 vs. 集电极-发射极电压：输出特性曲线，显示了光电晶体管在不同辐照度水平下工作在其有源区和饱和区。

7. 机械与封装信息

ITR20001/T 封装在一个紧凑的、表面贴装兼容的封装中。

7.1 封装尺寸

根据提供的图纸，关键尺寸约为长4.0mm、宽4.0mm、高2.5mm（不包括引脚）。引脚间距设计用于标准PCB安装。一个重要说明指定了最小10.0mm的铝蒸发区域，可能指的是PCB上建议的禁布区或散热特性。所有未指定的公差为±0.25mm。

7.2 极性识别

封装包含标记或特定形状，用于识别红外发射器的阳极和阴极以及光电晶体管的集电极和发射极。设计人员必须查阅尺寸图纸以获取精确的引脚排列信息，以确保正确的PCB布局和组装。

8. 焊接与组装指南

该器件的引脚焊接额定值为260°C，持续5秒，测量点距离封装本体1/16英寸（约1.6mm）。这与使用无铅（Sn-Ag-Cu）焊膏的标准红外（IR）或对流回流焊接工艺兼容。应注意遵循推荐的回流焊温度曲线，以避免热冲击或损坏塑料外壳。器件在使用前应储存在干燥、受控的环境中。

9. 包装与订购信息

标准包装规格如下：

• 每袋200件。
• 每盒6袋。
• 每箱10盒。

产品标签包含客户部件号（CPN）、制造商部件号（P/N）、数量（QTY）以及用于发光强度（CAT）、主波长（HUE）和正向电压（REF）的各种分级代码字段。还提供了批号和日期代码（月份用'X'标识）以供追溯。

10. 应用建议

10.1 典型应用场景

ITR20001/T 非常适合各种非接触式传感和开关应用，包括：

• 鼠标和复印机机构：检测滚轮或编码器盘的旋转。
• 开关和扫描仪系统：用于自动门、自动售货机的物体存在检测，或打印机中的纸张检测。
• 软盘驱动器：历史上用于检测写保护标签或磁盘插入。
• 通用非接触式开关：任何需要物体检测、计数或限位感应而无需物理接触的应用。
• 直接板载安装：其紧凑的SMD封装使其成为空间受限PCB设计的理想选择。

10.2 设计注意事项

• 限流电阻：必须与红外发射器串联使用一个电阻，以将正向电流（I_F）限制在安全值，通常正常操作时为20mA。使用公式 R = (V_CC- V_F) / I_F.
• 计算。负载电阻：_CC通常在上拉电阻连接在光电晶体管的集电极和电源电压（V_L）之间。该电阻（R_L）的值决定了输出电压摆幅和开关速度。较小的 R
• 提供更快的开关速度，但输出电压变化较小。环境光：
• 虽然黑色透镜和940nm滤波减少了干扰，但非常强的环境红外光源（例如阳光、白炽灯泡）可能会影响性能。在恶劣环境中可能需要屏蔽或光学滤波。反射表面：
• 感应距离和可靠性取决于目标物体的反射率。白色或金属表面提供最佳响应；深色或哑光表面可能需要减小间隙距离。对准：

会聚的光轴定义了一个特定的感应间隙。物体必须在此间隙内通过才能实现可靠检测。

11. 技术对比与优势

• 与机械开关或其他光学传感器相比，ITR20001/T 提供了显著优势：vs. 机械开关：
• 提供非接触式操作，消除了磨损，实现了更高的开关速度，并提供静音操作。它不受触点弹跳的影响。vs. 基于光电二极管的传感器：
• 集成的光电晶体管提供电流增益，对于给定的光输入产生更高的输出电流，通常在简单的开/关检测电路中无需额外的放大级。vs. 分立式发射器-检测器对：

预对准的封装模块简化了设计和组装，确保了一致的光学对准，并节省了电路板空间。集成的黑色外壳最大限度地减少了内部串扰。

12. 常见问题解答（基于技术参数）

问：典型的感应距离是多少？

答：感应距离不是一个固定参数；它取决于红外发射器的驱动电流、目标物体的反射率以及光电晶体管所需的输出电流。设计人员应使用“集电极电流 vs. 辐照度”图和“辐射强度 vs. 正向电流”图来计算特定间隙和反射率下的预期信号。

问：我可以用电压源直接驱动红外发射器吗？_F答：不可以。红外发射器是一个二极管，必须通过外部串联电阻限制其电流，以防止过流损坏，如绝对最大额定值（I

max = 50mA）所规定。

问：如何将输出连接到微控制器？

答：最简单的方法是将光电晶体管用作开关。将一个上拉电阻（例如，10kΩ）从集电极连接到微控制器的逻辑电压（例如，3.3V或5V）。将发射极接地。当未检测到物体时（暗态），集电极节点将被拉高（逻辑1）；当物体将光反射到光电晶体管上使其导通时，集电极节点将被拉低（逻辑0）。

问：为什么响应时间是用100Ω负载电阻指定的？_L答：开关速度受光电晶体管结电容和负载电阻（R_L）形成的RC时间常数影响。较小的 R_L（如100Ω）给出更快的时间常数，允许测量器件的固有速度。在实际应用中，使用较大的 R

以获得更高的电压摆幅时，开关速度会变慢。

13. 工作原理_{ITR20001/T 基于调制光反射的原理工作。内部红外LED发射940nm的光。对该波长敏感的光电晶体管被放置成在正常情况下（无物体存在）不直接“看到”LED的光束。其输出保持在高阻抗/低电流状态（暗电流）。当反射物体进入发射器和检测器之间预定义的间隙时，它将一部分红外光反射到光电晶体管的有效区域上。该入射光在光电晶体管中产生基极电流，使其导通并传导显著更高的集电极电流（I}C(ON)

）。外部电路检测到输出引脚上电流/电压的这种变化，从而指示物体的存在。

14. 免责声明与使用说明

• 必须遵守数据手册中的关键免责声明：
• 制造商保留调整产品材料的权利。
• 产品自发货之日起12个月内符合已发布的规格。
• 图表和典型值仅供参考，不作保证。
• 不得超出绝对最大额定值。制造商对因误用造成的损坏不承担任何责任。