ITR9606-F 光电断续器数据手册 - 封装尺寸 4.0x3.2x2.5mm - 正向电压 1.2V - 峰值波长 940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

ITR9606-F 是一款紧凑型、并排式反射型光电断续器模块。它将一个红外发射二极管 (IRED) 和一个硅光电晶体管集成在一个单一的黑色热塑性塑料外壳内。两个元件位于会聚的光轴上。其基本工作原理是光电晶体管检测IRED发出的辐射。当不透明物体阻断发射器和检测器之间的光路时，光电晶体管的输出状态发生变化，从而实现非接触式传感和开关功能。

1.1 核心特性与优势

• 快速响应时间：适用于编码器和速度传感器等需要高速检测的应用。
• 高灵敏度：硅光电晶体管即使在红外光强度较低时也能提供可靠的信号检测。
• 特定波长：峰值发射波长 (λp) 为 940nm，属于近红外光谱，可最大限度减少环境可见光的干扰。
• 环保合规：产品无铅，符合 RoHS 指令，并遵守欧盟 REACH 法规。
• 紧凑设计：集成的并排式封装为 PCB 安装提供了节省空间的解决方案。

1.2 目标应用

这款光电断续器专为各种非接触式传感和位置检测应用而设计，包括但不限于：

• 电脑鼠标和复印机中的位置传感。
• 扫描仪和打印机中的纸张检测与边缘检测。
• 软盘驱动器和其他媒体驱动器中的磁盘存在检测。
• 通用非接触式开关。
• 消费电子产品和工业控制中的直接电路板安装。

2. 深入技术参数分析

本节对器件的电气和光学规格进行详细、客观的解读。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久性损坏的极限。不保证在此条件下运行。

• 输入 (IRED)：
  • 功耗 (Pd)：75 mW（在 25°C 或以下）。在更高的环境温度下需要降额使用。
  • 反向电压 (VR)：5 V。超过此值可能损坏 LED 结。
  • 正向电流 (IF)：50 mA。为了长期可靠运行，连续直流电流通常应限制在 20mA。
• 输出 (光电晶体管)：
  • 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。
• 温度极限：
  • 工作温度 (T_opr)：-25°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，最长 5 秒，测量点距封装本体 3mm。

2.2 电光特性

在 T_a= 25°C 下测量，这些参数定义了器件在正常工作条件下的典型性能。

• 输入 (IRED) 特性：
  • 正向电压 (V_F)：典型值 1.2V，在 I_F=20mA 时最大为 1.5V。这对于设计 LED 的限流电路至关重要。
  • 反向电流 (I_R)：在 V_R=5V 时最大为 10 μA。
  • 峰值波长 (λ_P)：940 nm。该红外波长人眼不可见，有助于减少光噪声。
• 输出 (光电晶体管) 特性：
  • 暗电流 (I_CEO)：在 V_CE=20V、零照度 (E_e=0) 时最大为 100 nA。这是传感器被遮挡时的漏电流。
  • 集电极-发射极饱和电压 (V_CE(sat))：在 I_C=2mA、辐照度为 1mW/cm² 时最大为 0.4V。较低的 V_CE(sat)对于数字开关应用更有利。
  • 集电极电流 (I_C(ON))：在 V_CE=5V 和 I_F=20mA 时，范围从最小 0.5mA 到最大 10mA。这个宽范围表明器件间灵敏度可能存在差异。
• 动态响应：
  • 上升时间 (t_r) 和下降时间 (t_f)：在指定测试条件下 (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ)，典型值均为 15 μs。这定义了最大开关频率能力。

3. 性能曲线分析

图形数据提供了在不同条件下器件行为的更深入见解。

3.1 红外发射器特性

数据手册包含了红外发射器元件的典型曲线。

• 正向电流 vs. 正向电压 (I_F-V_F曲线)：这条指数曲线是二极管的典型曲线。在典型工作点 I_F=20mA 时，V_F约为 1.2V。该曲线有助于热管理分析，因为 V_F具有负温度系数。
• 光谱分布：确认了 940nm 处的峰值发射，并显示了 GaAlAs LED 典型的半高全宽 (FWHM)，在可见光谱范围内的发射极少。

3.2 光电晶体管特性

• 光谱灵敏度：硅光电晶体管在近红外区域具有峰值灵敏度，与配对 IRED 的 940nm 发射波长紧密匹配。这种匹配最大化了耦合效率和信噪比。
• 集电极功耗 vs. 环境温度：这是一条降额曲线，显示当环境温度超过 25°C 时，最大允许功耗线性下降。这对于高温环境下的可靠性计算至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

ITR9606-F 采用紧凑的矩形外壳。

• 总体尺寸：长度约 4.0mm，宽度约 3.2mm，高度约 2.5mm（不包括引脚）。
• 引脚间距：标准引脚间距为 2.54mm (0.1 英寸)，与常见的 PCB 布局兼容。
• 引脚形式：引脚设计用于通孔安装。尺寸图指定了连接条的位置和推荐的弯曲点。
• 公差：除非另有说明，尺寸公差为 ±0.3mm。

4.2 极性识别与安装

黑色外壳有助于防止内部光学串扰。该元件并非完全对称；数据手册图表指明了发射器和检测器侧的位置。正确的方向对于会聚光轴按预期工作至关重要。PCB 焊盘必须与引脚位置精确对齐，以避免焊接期间对环氧树脂本体施加机械应力。

5. 焊接与组装指南

正确处理对于保持器件完整性和性能至关重要。

5.1 引脚成型说明

• 弯曲必须在距环氧树脂封装本体底部大于 3mm 的距离处进行。
• 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，并避免对环氧树脂本体施加应力，以防止开裂或内部损坏。
• 引脚切割应在室温下进行。

5.2 推荐焊接参数

• 手工焊接：烙铁头最高温度 300°C（针对 30W 烙铁），每个引脚焊接时间最长 3 秒。焊点与环氧树脂球体之间保持至少 3mm 距离。
• 波峰焊/浸焊：预热最高温度 100°C（最长 60 秒）。焊锡槽最高温度 260°C，停留时间最长 5 秒。遵守 3mm 距离规则。
• 关键注意事项：
  • 避免在器件热的时候对引脚施加应力。
  • 不要进行超过一次的浸焊/手工焊接。
  • 在器件冷却至室温前，保护其免受机械冲击。
  • 不要使用超声波清洗方法。

5.3 存储条件

• 短期 (≤3 个月)：在 10-30°C、相对湿度 (RH) ≤70% 的条件下存储。
• 长期 (≥3 个月)：在氮气气氛的密封容器中，于 10-25°C、20-60% RH 条件下存储。
• 开封后：如有可能，请在 24 小时内使用器件。将剩余器件存储在 10-25°C、20-60% RH 的环境中，并立即重新密封包装袋。
• 避免在潮湿环境中温度骤变，以防凝结。

6. 包装与订购信息

6.1 包装规格

• 每管 90 件。
• 每盒 48 管。
• 每箱 4 盒。

6.2 标签信息

包装标签包含用于追溯的标准字段：客户料号 (CPN)、制造商料号 (P/N)、数量 (QTY)、等级 (CAT)、参考号 (REF) 和批号 (LOT No.)。

7. 应用设计考量

7.1 典型电路配置

基本的应用电路包括一个与 IRED 阳极串联的限流电阻。光电晶体管通常在其集电极连接一个上拉电阻，构成共发射极配置。输出取自集电极，当检测到红外光时（物体不存在）输出被拉低，当光路被阻断时（物体存在）输出为高电平。上拉电阻的值和 IRED 电流将决定输出电压摆幅和响应速度。

7.2 设计与布局最佳实践

• 光路：确保待检测物体干净地通过发射器和检测器之间的槽口。考虑物体的大小、反射率和速度。
• 抗环境光干扰：虽然 940nm 滤波器和外壳提供了一定的保护，但设计系统以调制 IRED 电流并在接收器电路中使用同步检测，可以大大增强对环境光和电噪声的抗干扰能力。
• 热管理：遵守功率降额曲线。在高环境温度或高占空比应用中，应相应降低工作电流 (I_F)。
• 机械安装：将器件牢固地固定在 PCB 上，以最大限度地减少振动，振动会影响可靠性。确保没有应力通过引脚传递到封装上。

8. 技术对比与差异化

ITR9606-F 属于常见的侧视型光电断续器类别。其主要差异化特点包括其特定的 940nm 波长配对、典型的 15μs 响应时间以及紧凑的通孔封装。与具有物理间隙的透射式传感器相比，这种反射式并排配置允许零间隙物体检测，但有效感应距离可能稍短，并且对目标物体的反射率可能更敏感。

9. 常见问题解答 (FAQ)

9.1 基于技术参数

问：这款断续器的典型感应距离或间隙是多少？

答：数据手册没有规定最大感应间隙。这在很大程度上取决于 IRED 驱动电流、光电晶体管增益以及目标物体的反射率/尺寸。它专为近距离或直接阻断内部光路而设计，而非远距离检测。

问：为什么集电极电流 (I_C(ON)) 的范围如此之宽 (0.5mA 到 10mA)？

答：这个范围考虑了光耦合器电流传输比 (CTR) 的自然变化，CTR 是光电晶体管输出电流与 IRED 输入电流之比。设计电路时应确保在指定的最小 I_C(ON)下也能可靠工作，以保证所有生产单元的功能性。

问：我可以用高于 20mA 的脉冲电流驱动 IRED 吗？

答：连续正向电流的绝对最大额定值为 50mA。虽然高于 20mA 的短暂脉冲可能是可行的，但考虑到占空比和环境温度，平均功耗不得超过额定值 75mW。超过额定值会缩短使用寿命或导致立即失效的风险。

10. 实际应用示例

10.1 打印机纸张检测

在打印机纸盘中，可以安装 ITR9606-F，使纸叠位于发射器和检测器之间的光路中。当有纸张时，纸张将红外光反射到光电晶体管，指示“已装纸”。当纸盘为空时，缺乏反射表面会导致光电晶体管输出状态改变，触发“纸张不足”警报。快速的响应时间使其即使在纸张快速进纸时也能进行检测。

10.2 电机转速旋转编码器

连接到电机轴的开槽圆盘可以穿过传感器的检测区域。当槽和辐条交替通过时，它们会中断红外光束，在光电晶体管输出端产生数字脉冲串。该信号的频率与电机转速成正比。15μs 的响应时间根据槽的密度设定了最大可分辨速度的上限。

11. 工作原理

ITR9606-F 基于调制红外光反射的原理工作。内部 IRED 发射 940nm 的光。在其默认状态（无目标物体）下，该光从外壳的内部几何结构或默认背景反射，并被同处放置的光电晶体管检测到，使其导通。当物体进入感应区域时，它会改变这种反射光路——通常是通过吸收或散射红外光——导致光电晶体管接收到的辐照度及其输出电流发生可测量的下降。这种输出变化被用作指示物体存在或位置的数字或模拟信号。

12. 技术趋势

像 ITR9606-F 这样的光电断续器代表了一种成熟、可靠的技术。该领域的当前趋势集中在几个方面：

• 小型化：开发更小的表面贴装器件 (SMD) 封装，以节省现代电子产品中的 PCB 空间。
• 集成化：将施密特触发器、放大器或逻辑输出等附加电路集成到传感器封装中，以简化外部设计并提高抗噪能力。
• 性能增强：提高响应时间以适应更高速的应用，并提高灵敏度以使用更低的驱动电流来节省功耗。
• 专业化：针对汽车或工业自动化等特定市场领域，创建具有不同波长、感应距离或输出类型（数字、模拟）的变体。

尽管存在这些趋势，但基本的并排反射式设计仍然是无数接近和位置传感应用中一种经济高效且稳健的解决方案。