ITR8307/F43 反射式光电传感器规格书 - 红外LED与光电晶体管 - 中文技术文档

1. 产品概述

ITR8307/F43是一款紧凑型表面贴装反射式光电传感器，专为短距离物体检测而设计。它将一个红外发光二极管（IR-LED）和一个高灵敏度NPN硅光电晶体管集成在单个塑料封装内。其主要功能是通过LED发射红外光，并测量反射回光电晶体管的光量，从而检测物体的有无。

该器件的核心优势包括响应速度快、对红外光灵敏度高，并且能够滤除可见光干扰，确保可靠运行。其轻薄紧凑的外形使其非常适合消费电子产品和微机控制设备中空间受限的应用。

该器件采用无铅（Pb-free）工艺制造，符合欧盟REACH法规，并遵循无卤标准（Br < 900ppm， Cl < 900ppm， Br+Cl < 1500ppm）。其设计也确保符合RoHS指令的规范。

2. 技术参数详解

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。在此条件下工作无法得到保证。

• 输入（IR-LED）功耗（Pd）：在25°C或以下自由空气温度下为75 mW。超过此值可能导致LED结过热。
• LED反向电压（VR）：5 V。施加更高的反向电压可能导致击穿。
• LED正向电流（IF）：连续50 mA。对于宽度为100 µs、周期为10 ms的脉冲，峰值正向电流（IFP）为1 A。
• 输出（光电晶体管）集电极功耗（PC）：75 mW。
• 集电极电流（IC）：最大50 mA。
• 集电极-发射极电压（V_CEO）：30 V。这是在基极开路时，可以施加在集电极和发射极之间的最大电压。
• 工作温度（T_opr）：-25°C 至 +85°C。器件在此环境温度范围内可正常工作。
• 存储温度（T_stg）：-30°C 至 +100°C。
• 引脚焊接温度（T_sol）：最高260°C，持续时间不超过5秒。这对于波峰焊或回流焊工艺至关重要。

2.2 光电特性

这些参数在Ta=25°C下测量，定义了器件的典型性能。

• LED正向电压（V_F）：典型值1.2 V，在正向电流（I_F）为20 mA时最大为1.6 V。这对于设计限流驱动电路很重要。
• LED峰值波长（λ_P）：940 nm。这是IR-LED发射最大光功率的波长，与硅光电晶体管的峰值灵敏度相匹配。
• 光电晶体管暗电流（I_CEO）：在V_CE=10V且无光照（E_e=0）条件下，最大为100 nA。这是传感器“关闭”状态下的漏电流，为了获得良好的信噪比，应将其最小化。
• 集电极电流（I_C(ON)）：在V_CE=5V且I_F=20mA的测试条件下，最小为0.1 mA。这是当LED激活且物体在检测范围内时产生的光电流。
• 上升/下降时间（t_r, t_f）：典型值各为20 µs。这定义了光电晶体管的开关速度，对于检测快速移动的物体或某些应用中的高速数据传输至关重要。

3. 性能曲线分析

规格书包含多个特性曲线，有助于更深入地理解器件在不同条件下的行为。虽然此处未复制具体图表，但解释了其典型含义。

3.1 IR-LED特性

红外发射器的曲线通常显示正向电压与正向电流之间的关系（I-V曲线），该关系是非线性的。它们还说明了相对辐射强度与正向电流的关系，显示光输出如何随驱动电流增加，以及环境温度对此输出的影响（通常随温度升高而降低）。

3.2 光电晶体管特性

接收器的曲线通常描绘了在不同辐照度（光输入功率）水平下，集电极电流与集电极-发射极电压的关系。这组曲线类似于双极晶体管的输出特性，辐照度类似于基极电流。其他曲线可能显示集电极电流与到反射表面距离的关系，或与LED驱动电流的关系，从而定义传感器的传递函数。

3.3 组合传感器特性

这些曲线代表了完整传感器组件的性能。关键图表是在固定LED电流下，集电极电流与到标准反射表面（通常是白卡）距离的关系曲线。该曲线定义了有效感应范围以及随距离变化的非线性响应，这对于阈值检测设计至关重要。

4. 机械与封装信息

该器件采用紧凑的表面贴装封装。具体尺寸在规格书的封装图纸中提供。图纸中的关键说明指出，除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，一般公差为±0.15 mm。IR-LED和光电晶体管的并排放置针对反射式感应进行了优化。封装包含极性标记，以确保在PCB组装过程中方向正确。

5. 焊接与组装指南

引脚焊接温度的绝对最大额定值为260°C，持续5秒。在回流焊或波峰焊过程中必须严格遵守此参数，以防止损坏塑料封装或内部引线键合。通常适用IPC/JEDEC J-STD-020无铅焊接标准曲线，但必须控制峰值温度和液相线以上的时间。应避免焊接前长时间暴露在高湿度环境中，建议遵循标准的湿度敏感等级（MSL）处理程序，尽管所提供内容中未说明具体的MSL等级。

6. 包装与订购信息

标准包装如下：

1. 每管160片。
2. 每内盒18管。
3. 每主（外）箱12个内盒。

包装标签包含以下字段：客户生产编号（CPN）、生产编号（P/N）、包装数量（QTY）、等级（CAT）、峰值波长（HUE）、参考号（REF）、批号（LOT No.）和生产地。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

规格书列出了几个经典应用：相机（例如检测胶片或磁带存在）、录像机、软盘驱动器、盒式磁带录音机以及各种微机控制设备。现代应用包括打印机中的纸张检测、自动售货机中的硬币检测、边缘感应、物体计数以及需要非接触式检测的消费设备中的接近感应。

7.2 设计注意事项

• 限流：必须与IR-LED串联一个电阻，以将正向电流（I_F）限制在安全值，标准操作通常为20 mA，可根据电源电压和LED的正向电压（V_F）计算得出。
• 负载电阻：光电晶体管输出需要在集电极和正电源之间连接一个上拉或负载电阻（R_L）。其值决定了输出电压摆幅和响应速度。较小的电阻提供更快的响应但灵敏度较低（电压变化较小）。
• 抗环境光干扰：虽然该器件能截止可见光，但强烈的环境红外光源（阳光、白炽灯）会影响性能。机械屏蔽、光学滤光片或调制/解调技术（脉冲驱动LED并同步读取输出）可以提高可靠性。
• 反射率：检测范围和信号强度高度依赖于目标物体的反射率、颜色和表面纹理。可能需要进行校准或设置可调阈值。

8. 技术对比

ITR8307/F43提供了一套特定的功能。与简单的光电晶体管或光电二极管相比，它为反射式感应提供了一个集成、对准的解决方案。与具有内置逻辑的现代数字输出传感器相比，它是一个需要外部电路进行信号调理的模拟元件，提供了更大的设计灵活性但也更复杂。其主要区别在于其紧凑的尺寸、快速的响应时间（20 µs）以及符合环境法规（RoHS、REACH、无卤）。

9. 常见问题解答 (FAQ)

问：典型的感应距离是多少？

答：规格书没有指定最大距离，因为它很大程度上取决于目标的反射率和LED驱动电流。I_C(ON)的测试条件使用1mm间隙，表明它针对极短距离检测进行了优化。实际范围通常是几毫米到几厘米。

问：我可以用电压源直接驱动LED吗？

答：不可以。LED必须由限流源驱动，几乎总是通过串联电阻实现，以防止热失控和过流损坏。

问：如何将输出连接到微控制器？

答：光电晶体管集电极输出是一个随反射光变化的模拟电压。它可以连接到微控制器的模数转换器（ADC）引脚进行精确测量，或者通过比较器电路产生数字开关信号连接到GPIO引脚。

问：“截止可见光波长”功能有什么作用？

答：光电晶体管设计为主要对其配对LED发出的940 nm红外光敏感，而对可见光不敏感。这减少了因室内环境光照变化引起的误触发。

10. 实际应用案例

案例：桌面打印机中的纸张用尽检测

传感器安装在打印机内部，面向纸张路径。一个反射片或纸张本身作为目标。当有纸张时，红外光反射回光电晶体管，产生高集电极电流和低输出电压（如果使用上拉电阻）。当纸张用完时，反射停止，光电晶体管关闭，输出电压变高。打印机的控制逻辑检测到此电压变化，向用户触发“缺纸”警报。快速的响应时间确保了即使在高速进纸时也能检测到。

11. 工作原理

ITR8307/F43基于调制光反射原理工作。内部的GaAs红外LED将电流转换为红外光（940 nm）。该光被发射到目标区域。如果检测范围内存在物体，部分光会被反射回来。集成的NPN硅光电晶体管作为接收器。当来自反射红外光的光子撞击光电晶体管的基极-集电极结时，它们会产生电子-空穴对。这种光生电流充当基极电流，然后被晶体管的增益放大，从而产生更大的集电极电流（I_C）。该集电极电流的大小与反射红外光的强度成正比，而反射光强度又取决于物体的距离和反射率。通过测量该输出电流（或负载电阻上的电压），可以确定物体的存在、不存在甚至大致距离。

12. 技术趋势

像ITR8307/F43这样的反射式光电传感器代表了一种成熟可靠的技术。该领域的当前趋势包括：封装的进一步小型化；将传感器与模拟前端电路（放大器、ADC）和数字逻辑（I2C/SPI接口）集成到单芯片解决方案中，以减少外部元件数量；专注于为电池供电设备降低功耗；以及用于背景光消除和距离测量的增强算法。对符合环保要求（绿色）元件的需求（本器件已满足）仍然是电子行业的强劲驱动力。

13. 免责声明与重要说明

基于规格书内容，以下免责声明和说明对用户至关重要：

1. 制造商保留调整产品材料组合的权利。
2. 产品自发货之日起12个月内符合其公布的规格。
3. 图表和典型值仅供参考，不代表保证的最小或最大极限。
4. 用户有责任在器件的绝对最大额定值范围内操作。制造商对因误用造成的损坏不承担任何责任。
5. 规格书内容受版权保护；复制需要事先同意。
6. 重要警告：本产品不适用于安全关键应用，包括军事、航空、汽车、医疗、生命维持或救生设备。对于此类应用，必须获得明确授权。