ITR9707 光电断续器数据手册 - 尺寸 7.0x4.0x3.0mm - 正向电压 1.2V - 峰值波长 940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

ITR9707 是一款紧凑型光电断续器模块，也称为光电断路器或槽型传感器。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。其基本工作原理基于红外光束的中断。在正常状态下，光电晶体管接收同侧红外LED发出的辐射。当不透明物体穿过发射器和检测器之间的槽口时，光路被阻断，导致光电晶体管的输出状态发生变化。这提供了一种可靠的非接触式方法来检测物体的存在、缺失或位置。

1.1 核心特性与优势

• 快速响应时间：能够检测高速事件，典型的上升和下降时间为 15 微秒。
• 高灵敏度：硅光电晶体管对红外照明能产生强烈的电响应。
• 特定波长：采用峰值发射波长（λp）为 940nm 的红外LED，该波长位于可见光谱之外，可减少环境光的干扰。
• 环保合规：产品无铅，符合 RoHS 指令，并遵循欧盟 REACH 法规。

1.2 目标应用

本器件设计用于各种非接触式传感和开关应用，包括但不限于：计算机鼠标和复印机中的位置传感、扫描仪和软盘驱动器中的边缘检测、通用非接触式开关，以及各种电子组件中的直接电路板安装。

2. 技术规格与深度解读

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损坏的极限。在此条件下工作不保证性能。

• 输入（红外LED）：最大连续正向电流（IF）为 50 mA。最大反向电压（VR）为 5 V。在自由空气温度 25°C 或以下时，功耗（Pd）为 75 mW。
• 输出（光电晶体管）：最大集电极电流（IC）为 20 mA。集电极-发射极击穿电压（BVCEO）为 30 V。功耗（Pd）为 75 mW。
• 热特性：工作温度范围（Topr）为 -25°C 至 +85°C。储存温度范围（Tstg）为 -40°C 至 +85°C。
• 焊接：引脚焊接温度（Tsol）不得超过 260°C，持续时间不超过 5 秒，测量点距封装本体 3mm。

2.2 光电特性

这些是在 Ta=25°C 下测得的典型性能参数，定义了器件的操作行为。

• 输入特性：红外LED的正向电压（VF）在驱动电流（IF）为 20mA 时典型值为 1.2V，最大值为 1.5V。在 VR=5V 时，反向电流（IR）最大为 10 µA。
• 输出特性：集电极暗电流（ICEO），即无光照时的漏电流，在 VCE=20V 时最大为 100 nA。当光电晶体管被驱动至饱和状态时（IC=2mA，Ee=1mW/cm²），集电极-发射极饱和电压（VCE(sat)）最大为 0.4V。
• 传输特性：这定义了输入和输出之间的关系。当红外LED以 IF=20mA 驱动且光电晶体管以 VCE=5V 偏置时，保证导通状态集电极电流（IC(on)）至少为 0.5mA。这个参数，即电流传输比（CTR），对于设计接口电路至关重要。
• 动态响应：在指定的测试条件下（VCE=5V，IC=1mA，RL=1kΩ），上升时间（tr）和下降时间（tf）通常均为 15 µs。这决定了最大开关频率。

3. 性能曲线分析

3.1 红外LED特性

数据手册提供了红外发射器元件的典型曲线。正向电流与环境温度关系图显示了当环境温度超过 25°C 时，最大允许正向电流如何降额，这对于热管理至关重要。正向电流与正向电压关系图曲线说明了二极管的 IV 特性，对于选择限流电阻至关重要。光谱灵敏度图确认了 940nm 处的峰值发射以及发射带的宽度。

3.2 光电晶体管特性

光电晶体管的光谱灵敏度曲线显示了其在不同波长下的响应度。它在近红外区域达到峰值，与配对红外LED的 940nm 输出紧密匹配。这种光谱匹配最大限度地提高了灵敏度，并减少了对不需要的环境光源的响应。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

ITR9707 采用标准紧凑型封装。关键尺寸包括整体宽度约 7.0mm，高度 4.0mm，深度 3.0mm。槽口间隙宽度决定了可检测物体的大小，是一个关键尺寸。引脚间距标准化，适用于通孔PCB安装。除非另有说明，所有尺寸公差通常为 ±0.3mm。

4.2 极性识别与安装

该元件具有标准引脚排列，红外LED的阳极和阴极位于一侧，光电晶体管的发射极和集电极位于另一侧。黑色外壳和特定的引脚长度或封装标记通常指示方向。在PCB布局和组装过程中必须注意正确的极性。

5. 焊接与组装指南

5.1 引脚成型注意事项

如果引脚需要弯曲以便安装，必须在焊接前进行。弯曲点应距离环氧树脂封装本体底部至少 3mm，以避免传递应力导致外壳破裂或损坏内部芯片。弯曲时必须固定引脚，并且操作应在室温下进行。

5.2 推荐焊接参数

• 手工焊接：烙铁头温度不应超过 300°C（对于最大 30W 的烙铁）。每个引脚的焊接时间应为 3 秒或更短。焊点必须距离环氧树脂球至少 3mm。
• 波峰焊/浸焊：预热温度最高应为 100°C，持续时间不超过 60 秒。焊锡槽温度不应超过 260°C，在波峰中的停留时间为 5 秒或更短。同样，保持与封装至少 3mm 的最小距离。

建议采用焊接温度曲线，强调受控的升温、峰值温度平台和受控的冷却，以防止热冲击。

5.3 焊后处理

避免在器件因焊接而仍然很热时对其施加机械应力或振动。让其自然冷却至室温。浸焊或手工焊接不应重复超过一次。不建议对该器件进行超声波清洗。

6. 储存与处理

对于超过标准 3 个月（自发货起）保质期的长期储存，器件应保存在氮气气氛的密封容器中，温度为 10°C~25°C，相对湿度为 20%~60%。打开防潮包装后，元件应在 24 小时内或尽快使用。必须避免在高湿度环境中发生快速温度变化，以防止冷凝，这可能导致后续焊接过程中的腐蚀或其他损坏。

7. 包装与订购信息

标准包装配置为每管 78 片。四十二管装一盒，四盒装一主箱。包装标签上包含客户零件号（CPN）、制造商零件号（P/N）、数量（QTY）、参考标识符（REF）和批次号（LOT No），以便追溯。

8. 应用设计考量

8.1 典型电路配置

典型应用电路包括一个与红外LED阳极串联的限流电阻。其阻值根据电源电压（Vcc）、LED的正向电压（VF ~1.2V）和所需的正向电流（IF，例如 20mA）计算得出。光电晶体管通常以开关模式使用，作为下拉器件连接，其集电极接 Vcc（如需要可通过上拉电阻），发射极接地。当光束未被中断时（晶体管导通），集电极节点的电压为低电平；当光束被阻断时（晶体管截止），电压为高电平。

8.2 设计因素

• 物体检测：该器件检测完全阻断槽内红外光束的不透明物体。反射或半透明材料可能无法触发可靠的状态变化。
• 抗环境光能力：940nm 波长和匹配的光谱响应提供了对常见可见环境光的良好抑制。然而，强烈的红外光源（例如阳光、白炽灯泡）可能会造成干扰，对于关键应用可能需要光学屏蔽或调制/解调技术。
• 响应速度：15 µs 的响应时间允许检测相对高速运动的物体，适用于编码器和速度传感器。
• 对准：内置的会聚光学系统简化了对准，但PCB设计必须确保引脚插入时无应力，并且槽口必须保持畅通无阻。

9. 技术对比与定位

ITR9707 代表了一种标准、经济高效的通孔安装解决方案。其主要区别在于其特定的 940nm 波长（这是常见的行业标准）以及其坚固的结构。与反射式传感器相比，断续器提供更可靠和一致的检测，因为它们不易受目标表面反射率变化的影响。与现代表面贴装器件相比，通孔封装在承受振动或采用手动组装的应用中提供了机械鲁棒性。

10. 常见问题解答（FAQ）

问：典型的工作距离或间隙是多少？

答：工作“间隙”是封装内部的物理槽口。该器件检测任何进入并阻断此内部槽口的不透明物体。它不用于检测封装外部一定距离的物体。

问：我可以用电压源直接驱动红外LED吗？

答：不可以。LED是电流驱动器件。必须串联一个限流电阻，以防止过大的电流损坏LED，即使电源电压看起来很低。

问：如何解读 0.5mA 的最小 IC(on) 值？

答：这是在标准测试条件（IF=20mA，VCE=5V）下驱动输入时保证的最小输出电流。即使实际器件处于此最小规格，您的电路设计也应能正常工作，从而确保在生产差异下的鲁棒性。

问：这个传感器能抵抗阳光干扰吗？

答：虽然 940nm 滤光片有帮助，但直射阳光含有大量的红外辐射，可能会使传感器饱和。对于户外使用或在非常明亮的室内环境中，建议增加光学屏蔽或电子滤波（例如，调制光）。

11. 实际应用示例

示例 1：打印机中的卡纸检测。将断续器安装好，使纸张标志或纸张本身穿过其槽口。当有纸张时，光束被阻断，光电晶体管截止。卡纸或缺纸状态（无阻断）导致晶体管导通，向微控制器发出信号。

示例 2：用于电机速度的旋转编码器。连接到电机轴的开槽盘在断续器的两臂之间旋转。当每个槽口通过时，光束交替地被中断和允许通过，从而产生方波脉冲序列。该信号的频率与电机的转速成正比。

12. 工作原理

ITR9707 基于透射光中断原理工作。红外光束由 GaAlAs LED 产生。该光束穿过器件外壳内的一个小气隙，并聚焦到硅 NPN 光电晶体管的敏感区域。光电晶体管充当电流源；入射光子在其基区产生电子-空穴对，从而产生基极电流，然后被晶体管的增益放大，导致更大的集电极电流。当物体阻挡光束时，光子通量降至零，基极电流停止，集电极电流降至其非常低的暗电流水平。输出电流的这种急剧变化被用作指示物体存在的数字信号。

13. 技术趋势

光电断续器仍然是位置和运动传感的基本元件。当前的趋势包括开发用于自动化组装的表面贴装器件（SMD）版本，这些版本具有更小的占位面积和更低的剖面高度。此外，还有在芯片上集成额外电路的趋势，例如用于带滞回的数字输出的施密特触发器、用于模拟输出的放大器，甚至完整的编码器逻辑。此外，封装材料的进步旨在提高热性能和耐电路板清洗工艺的能力。然而，光学中断的核心原理因其简单性、可靠性和非接触性而继续受到重视。