ITR20002 光电断续器规格书 - 侧视封装 - 940nm 波长

1. 产品概述

ITR20002 是一款紧凑型侧视红外光电断续器模块。它集成了一个红外发射二极管和一个 NPN 硅光敏三极管，两者并排安装在黑色热塑性外壳内的会聚光轴上。这种配置专为通过阻断发射器与探测器之间的红外光束路径来实现物体检测、位置传感和非接触式开关应用而设计。

1.1 核心特性与优势

快速响应时间：支持快速检测与开关，适用于高速应用。
高灵敏度：硅光敏三极管能可靠地检测来自红外发射器的信号。
特定截止波长：峰值发射波长 (λp) 为 940nm，针对红外传感优化，同时最大限度减少可见光干扰。
环保合规：产品无铅，符合 RoHS、欧盟 REACH 及无卤标准 (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)。
会聚光轴：并排会聚的设计简化了在元件间隙中进行物体检测时的对准。

1.2 目标应用

该模块设计用于多种光电传感任务，包括：

鼠标和复印机机构，用于检测移动或纸张存在。
软盘驱动器，用于感应磁盘插入或磁道位置。
通用非接触式开关。
直接安装在印刷电路板 (PCB) 上。

2. 技术参数详解

本节对规格书中指定的关键电气和光学参数进行详细、客观的解读。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能对器件造成永久性损坏的极限。在此条件下工作不保证性能。

输入 (红外 LED)：
- 功耗 (Pd)：25°C 时为 100 mW。在更高的环境温度下需要降额。
- 反向电压 (VR)：5 V。超过此值可能击穿 LED 结。
- 正向电流 (IF)：60 mA 连续电流。
- 峰值正向电流 (IFP)：在 1% 占空比下，脉冲 ≤100μs 时为 1 A。这允许短暂的高强度脉冲。
输出 (光敏三极管)：
- 集电极功耗 (Pc)：80 mW。这限制了集电极电流和电压的组合。
- 集电极电流 (IC)：最大 20 mA 连续电流。
- 集电极-发射极电压 (BV_CEO)：35 V。基极开路时，可施加在晶体管两端的最大电压。
- 发射极-集电极电压 (BV_ECO)：6 V。发射极和集电极之间的最大反向电压。
热额定值：
- 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)：距离封装本体 1/16 英寸 (1.6mm) 处，260°C 持续 5 秒。

2.2 光电特性 (Ta=25°C)

这些是在指定测试条件下的典型工作参数。

输入特性 (红外 LED)：
- 正向电压 (V_F)：在 I_F=20mA 时，典型值为 1.2V 至 1.5V。这对于设计限流驱动电路很重要。
- 峰值波长 (λ_P)：940nm。这是红外 LED 发射最大光功率的波长。
输出特性 (光敏三极管)：
- 暗电流 (I_CEO)：在 V_CE=20V 且无光照 (E_e=0) 时，最大 100 nA。这是定义“关断”状态本底噪声的漏电流。
- 集电极-发射极饱和电压 (V_CE(sat))：在 I_C=0.04mA 且 I_F=40mA 时，最大 0.4V。当晶体管用作开关时，较低的 V_CE(sat)是理想的。
- 集电极电流 (I_C(ON))：在 V_CE=5V 且 I_F=20mA 时，范围从 0.04mA 到 0.9mA。这个参数，即传输特性，定义了耦合器的灵敏度。其宽范围表明这是一个可能被分档的关键参数。
- 上升/下降时间 (t_r/t_f)：在特定测试条件下 (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω)，典型值分别为 20μs 和 25μs。这些值决定了器件的最大开关频率。

3. 性能曲线分析

规格书引用了红外发射器和光敏三极管的典型特性曲线。虽然此处未复制确切的图表，但解释了其重要性。

3.1 红外发射器曲线

这些曲线通常说明了在不同温度下正向电流 (I_F) 与正向电压 (V_F) 之间的关系，显示了 V_F的负温度系数。它们还可能显示相对辐射强度与正向电流的关系以及角辐射图，这对于理解侧视封装中的光束扩散至关重要。

3.2 光敏三极管曲线

这些曲线对于电路设计至关重要。它们通常包括：

集电极电流 vs. 集电极-发射极电压 (I_C-V_CE)：针对不同辐照度水平（或不同红外 LED 电流）的曲线族。这显示了晶体管的输出特性，有助于确定负载线。
集电极电流 vs. 辐照度 (或 I_F)：这条传输曲线量化了灵敏度，显示了给定输入光强下产生多少输出电流。
暗电流 vs. 温度：显示了漏电流如何随温度升高而增加，这可能会影响高温环境下的信噪比。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

ITR20002 采用标准侧视通孔封装。规格书中的尺寸图提供了 PCB 布局和机械集成的关键尺寸。主要特征包括引脚间距、封装本体尺寸和光学孔径的位置。注释说明，除非尺寸图上另有说明，否则公差为 ±0.25mm。

4.2 极性识别

对于通孔封装，极性通常通过封装的外形（平面或凹口）或引脚长度来指示。规格书图纸应清晰标记红外 LED 的阳极和阴极，以及光敏三极管的集电极和发射极。正确的极性对于器件工作和防止损坏至关重要。

5. 应用与设计指南

5.1 典型应用电路

一个基本的应用涉及使用连接到电压源的限流电阻来驱动红外 LED。光敏三极管通常以共发射极配置连接：集电极通过负载电阻 (R_L) 上拉到电源电压，发射极接地。输出信号取自集电极。R_L的值影响输出电压摆幅、速度和电流消耗。较小的 R_L提供更快的开关速度但电压摆幅较小；较大的 R_L提供较大的摆幅但响应较慢。

5.2 设计注意事项

对准：并排会聚轴设计意味着敏感检测区域位于发射器和探测器之间的间隙中。为了实现可靠操作，需要对物体路径进行精确的机械对准。
抗环境光能力：尽管外壳中的 940nm 滤光片有所帮助，但强烈的环境红外光源（阳光、白炽灯泡）仍可能使光敏三极管饱和。使用调制的红外信号和同步检测可以大大提高抗干扰能力。
电流驱动：为获得长期可靠性，应在推荐 I_F（例如 20mA）或以下操作红外 LED。以更高电流（在 I_FP限制内）脉冲驱动 LED 可以增加感应范围或信号强度。
输出接口：光敏三极管输出可以直接馈入微控制器的数字输入（带适当上拉），或在模拟应用中馈入比较器以实现精确的阈值检测。

6. 包装与订购信息

6.1 标签规格

产品标签包含多个代码：

CPN：客户部件号。
P/N：制造商产品号 (ITR20002)。
QTY：包装内数量。
CAT / HUE / REF：这些可能指内部用于参数分档的代码，如发光强度 (CAT)、主波长 (HUE) 和正向电压 (REF)。
LOT No：可追溯批号。

6.2 包装规格

标准包装为每袋 150 件，每盒 5 袋，每箱 10 盒。此信息对于库存规划和生产线供料至关重要。

7. 技术对比与定位

ITR20002 代表了物体检测领域一种经典、高性价比的解决方案。其主要差异化在于其特定的侧视机械外形和会聚光轴，专为检测通过特定槽口或间隙的物体而设计。与反射式传感器相比，它提供更高的可靠性和一致性，因为它较少依赖于目标物体的反射率。与发射器和探测器对置的透射式传感器相比，它允许更紧凑的机械设计，物体在单个模块内阻断光束。940nm 波长是一个通用标准，在元件可用性、成本和抗环境光能力之间提供了良好的平衡。

8. 常见问题解答 (FAQ)

8.1 典型的感应距离或间隙是多少？

规格书将 I_C(ON)的测试条件指定为“反射器距离 5mm”。这表明该器件针对极短距离检测进行了优化，可能在几毫米范围内。实际可用间隙取决于红外 LED 的驱动电流、接收器电路的灵敏度以及所需的信号裕量。

8.2 如何保护器件免受电气瞬态影响？

对于红外 LED，通常一个简单的串联电阻就足够了。对于在嘈杂环境中工作的光敏三极管，可以考虑在集电极和发射极之间添加一个小电容（例如 1-10nF）以滤除高频噪声，但请注意这会减慢响应时间。对于恶劣的工业环境，可能需要在输入/输出线上增加额外的外部钳位二极管或 TVS 二极管。

8.3 能否用于旋转开槽圆盘的速度检测？

可以，这是一个常见的应用。最大开关频率将受到上升/下降时间（典型值约 20-25μs）的限制，理论上允许频率高达约 20 kHz。实际上，由于电路和占空比的限制，频率会更低。确保圆盘上的槽和间隙足够宽，以使光敏三极管能够完全开关。

9. 工作原理

ITR20002 基于透射光阻断原理工作。内部红外发射二极管 (IRED) 被正向偏置，使其以 940nm 的峰值波长发光。位于会聚轴上的 NPN 硅光敏三极管在路径无遮挡时通常接收此辐射。具有足够能量的光子撞击光敏三极管的基区，产生电子-空穴对。该光电流充当基极电流，然后被晶体管的电流增益 (β) 放大，从而产生大得多的集电极电流。当不透明物体放置在发射器和探测器之间的间隙时，光路被阻断。光电流停止，晶体管关闭，导致集电极电流降至非常低的值（暗电流）。集电极电流的这种开/关变化提供了一个指示物体存在与否的数字信号。

10. 免责声明与可靠性说明

本技术文档提供的信息基于原始规格书。制造商的关键免责声明和说明包括：

规格和材料可能变更。
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。
在绝对最大额定值之外工作可能导致永久性损坏。
未经明确授权，本产品不适用于安全关键、军事、航空、汽车、医疗或生命维持应用。

设计人员有责任验证器件在其特定应用中的适用性和性能。

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。

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