ITR9909 光學遮斷器規格書 - 封裝4.0mm - 波長940nm - 粵語技術文件

1. 產品概覽

ITR9909 係一款專為非接觸式感測應用而設計嘅緊湊型光學遮斷器模組。佢將一個紅外線發光二極管（IRED）同一個矽NPN光電晶體管整合喺單一個黑色熱塑性塑膠外殼內。兩個元件並排安裝喺會聚嘅光軸上。基本工作原理係光電晶體管通常會接收到來自旁邊IRED發射器嘅輻射。當一個不透明物體通過佢哋之間嘅空隙時，就會阻斷呢條紅外線光束，導致光電晶體管輸出狀態發生可檢測嘅變化，從而實現物體檢測、位置感測或開關功能。

1.1 核心特點同優勢

• 快速響應時間：能夠檢測快速移動嘅物體。
• 高靈敏度：矽光電晶體管對紅外光提供強勁嘅電氣響應。
• 特定波長：IRED發射嘅峰值波長（λp）為940nm，人眼睇唔到，有助於減輕環境可見光嘅干擾。
• 環保合規：該器件製造符合無鉛、RoHS、歐盟REACH同無鹵素標準（Br <900ppm，Cl <900ppm，Br+Cl <1500ppm）。
• 緊湊集成：整合式封裝簡化咗用於槽型感測應用嘅PCB設計同組裝。

1.2 目標應用

ITR9909 適用於各種需要可靠、非接觸式檢測嘅應用：

• 電腦滑鼠同影印機中嘅旋轉編碼器同位置感測器。
• 掃描器同打印機中嘅紙張檢測同邊緣感測。
• 軟碟機同其他媒體驅動器中嘅磁碟存在檢測。
• 通用非接觸式開關。
• 需要直接安裝嘅板級感測。

2. 技術規格同深入分析

2.1 絕對最大額定值

喺呢啲限制之外操作器件可能會導致永久損壞。除非另有說明，所有規格均喺Ta=25°C下測量。

• 輸入（IRED）：
  • 功耗（Pd）：75 mW
  • 反向電壓（VR）：5 V
  • 連續正向電流（IF）：50 mA
  • 峰值正向電流（IFP）：1 A（脈衝寬度 ≤100μs，佔空比 1%）
• 輸出（光電晶體管）：
  • 集電極功耗（Pd）：75 mW
  • 集電極電流（IC）：50 mA
  • 集電極-發射極電壓（BV_CEO）：30 V
  • 發射極-集電極電壓（BV_ECO）：5 V
• 環境：
  • 工作溫度（T_opr）：-25°C 至 +85°C
  • 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +85°C
  • 引腳焊接溫度（T_sol）：260°C，持續5秒（距離本體1/16英寸）

2.2 電光特性

喺Ta=25°C下嘅典型性能參數定義咗器件嘅操作行為。

• 輸入（IRED）特性：
  • 正向電壓（V_F）：喺IF=20mA時，典型值為1.2V（最大值1.5V）。隨脈衝電流增加而增加。
  • 峰值波長（λ_P）：喺20mA驅動下為940 nm（典型值）。
• 輸出（光電晶體管）特性：
  • 暗電流（I_CEO）：喺完全黑暗、V_CE=20V時，最大值為100 nA。呢個係定義"關"狀態底噪嘅漏電流。
  • 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(sat)）：喺足夠光照（1mW/cm²）下、I_C=2mA時，最大值為0.4V。低V_CE(sat)對於清晰嘅數字開關係理想嘅。
  • 集電極電流（I_C(ON)）：喺V_CE=5V同I_F=20mA時，最小值為200 µA。呢個係標準測試條件下保證嘅最小光電流。
• 動態特性：
  • 上升時間（t_r）同下降時間（t_f）：典型值各為15 µs。呢啲參數喺特定負載條件（V_CE=5V，I_C=1mA，R_L=1kΩ）下測量，決定咗器件能夠可靠處理嘅最大開關頻率。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾張圖表，說明操作參數之間嘅關鍵關係。呢啲曲線對於理解器件喺非標準條件下嘅行為至關重要。

3.1 紅外線發射器（IRED）曲線

• 正向電流 vs. 環境溫度：顯示當環境溫度升高超過25°C時，最大允許正向電流嘅降額情況。
• 光譜靈敏度：相對輻射強度對波長嘅圖，峰值喺940nm，顯示發射器嘅窄帶寬。
• 相對輻射強度 vs. 正向電流：展示驅動電流同光輸出之間嘅非線性關係，喺較高電流下趨於飽和。
• 相對輻射強度 vs. 角位移：說明IRED嘅發射模式或視角，對於光學對準至關重要。

3.2 光電晶體管（PT）曲線

• 集電極功耗 vs. 環境溫度：提供光電晶體管輸出嘅功率降額曲線。
• 光譜靈敏度：顯示光電晶體管喺唔同波長下嘅響應度，峰值靈敏度通常喺近紅外區域，與940nm發射器匹配。
• 相對集電極電流 vs. 環境溫度：指示光電晶體管嘅增益或響應度如何隨溫度變化。
• 集電極電流 vs. 輻照度：一條基本曲線，顯示照射喺光電晶體管上嘅入射光功率（輻照度）同產生嘅集電極電流之間嘅線性（或接近線性）關係。
• 集電極暗電流 vs. 環境溫度：顯示漏電流（I_CEO）如何隨溫度升高而指數級增加，呢個可能會影響高溫應用中嘅信噪比。
• 集電極電流 vs. 集電極-發射極電壓：類似於晶體管輸出特性，顯示唔同光照水平下嘅工作區域。

3.3 完整模組（ITR）曲線

• 相對集電極電流 vs. 感測器之間距離：呢條係關鍵嘅系統級曲線。佢顯示當遮斷物體同感測器空隙之間嘅距離變化時，接收信號（集電極電流）如何變化。佢定義咗有效感測範圍以及物體位置同輸出信號強度之間嘅關係。

4. 機械同封裝信息

4.1 封裝尺寸

ITR9909 採用標準通孔封裝。圖紙中嘅關鍵尺寸包括：

• 定義槽口尺寸嘅整體本體寬度同高度。
• 用於PCB安裝嘅引腳間距同直徑。
• 內部IRED同光電晶體管之間嘅空隙寬度，呢個決定咗可以檢測到嘅物體大小。
• 尺寸圖指定咗標準公差為±0.25mm，除非另有說明。

4.2 極性識別

該器件使用許多光學遮斷器常見嘅標準引腳配置：IRED輸入嘅陽極同陰極，以及光電晶體管輸出嘅集電極同發射極。外殼通常有標記或凹口來指示引腳1。

5. 組裝同處理指南

5.1 焊接建議

絕對最大額定值規定，引腳可以喺260°C下焊接最多5秒，條件係焊接點距離塑膠本體至少1/16英寸（約1.6mm）。呢個係為咗防止對環氧樹脂外殼同內部引線鍵合造成熱損壞。對於波峰焊或回流焊，應遵循具有類似熱限制嘅通孔元件嘅標準溫度曲線。

5.2 儲存同處理

該器件應儲存喺指定嘅溫度範圍（-40°C至+85°C）內嘅乾燥環境中。處理期間應遵守標準ESD（靜電放電）預防措施，因為內部嘅半導體元件容易受到靜電損壞。

6. 包裝同訂購信息

6.1 包裝規格

標準包裝數量如下：

• 每袋150件。
• 每盒5袋。
• 每箱10盒。

6.2 標籤信息

產品標籤包括幾個用於追溯同規格嘅代碼：

• CPN：客戶產品編號。
• P/N：製造商產品編號（例如，ITR9909）。
• QTY：包裝內數量。
• CAT, HUE, REF：呢啲可能係指內部分檔代碼，用於參數如發光強度等級、主波長等級、正向電壓等級等，儘管呢份規格書摘錄中未提供具體分檔細節。
• LOT No：製造批次號，用於追溯。

7. 應用設計考慮

7.1 電路設計

使用ITR9909進行設計涉及兩個主要電路：

1. IRED驅動電路：標準做法係一個簡單嘅限流電阻與IRED串聯。電阻值計算為 R = (V_CC- V_F) / I_F。為咗可靠操作同長壽命，建議以典型20mA或更低電流驅動IRED，除非為咗特定信噪比要求需要脈衝高電流驅動。
2. 光電晶體管輸出電路：光電晶體管可以用於兩種常見配置：
   • 開關模式（數字輸出）：從集電極連接一個上拉電阻到V_CC。發射極接地。當光照射到晶體管時，佢導通，將集電極電壓拉低（接近V_CE(sat)）。當光束被阻斷時，晶體管關斷，上拉電阻將集電極電壓拉高。上拉電阻嘅值決定咗開關速度同電流消耗。
   • 線性模式（模擬輸出）：將光電晶體管用於共發射極配置並帶有集電極電阻，集電極嘅電壓將大致隨接收光量線性變化，適用於模擬位置感測。

7.2 光學考慮

• 對準：物體路徑同感測器空隙嘅精確機械對準對於一致操作至關重要。
• 環境光：雖然940nm濾波器同匹配感測器提供良好嘅可見光抑制，但強紅外光源（例如陽光、白熾燈泡）可能會造成干擾。使用調製IR信號同同步檢測可以大大提高抗環境光能力。
• 物體特性：感測器檢測光束嘅阻斷。物體必須對940nm紅外光不透明。半透明材料可能無法可靠檢測。

8. 技術比較同差異化

ITR9909代表咗光學遮斷器市場中一個標準、可靠嘅解決方案。佢嘅關鍵差異化因素係佢將940nm IRED同矽光電晶體管以緊湊、側視封裝形式結合嘅特定組合。與反射式感測器相比，遮斷器提供更明確嘅"開/關"信號，因為佢哋較少受到物體反射率或顏色變化嘅影響。指定嘅快速響應時間（典型15µs）使其適用於速度感測或編碼應用，而高靈敏度確保即使喺較低驅動電流或灰塵環境中都有良好信號。環保合規（RoHS、無鹵素）係現代電子製造嘅關鍵因素。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 最大感測速度或頻率係幾多？

最大開關頻率受上升同下降時間（t_r, t_f）限制，典型值各為15µs。對於完整開關週期嘅保守估計約為呢啲時間總和嘅4到5倍，表明最大實際頻率喺10-15 kHz範圍內。呢個適用於大多數機械編碼應用。

9.2 點樣選擇IRED限流電阻嘅值？

使用公式 R = (電源電壓 - V_F) / I_F。對於5V電源同以典型測試條件20mA驅動，V_F~1.2V，R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 歐姆。標準180或200歐姆電阻係合適嘅。始終確保電阻中計算出嘅功耗喺其額定值內。

9.3 點解輸出信號唔穩定或有噪聲？

潛在原因包括：1) IRED驅動電流不足，導致信號弱。2) 高水平環境紅外光。3) 光電晶體管嘅暗電流（隨溫度增加而增加）變得相對於光電流顯著。4) 電源線上嘅電氣噪聲。解決方案包括增加I_F（喺限制內）、添加光學屏蔽、實施信號調製、使用較低值上拉電阻以獲得更快響應，以及確保良好嘅電源去耦。

9.4 我可以用呢個感測器喺戶外嗎？

陽光直接包含大量940nm紅外輻射，可能會使光電晶體管飽和並妨礙正常操作。對於戶外使用，強烈建議小心進行光學濾波、設計外殼以阻擋陽光直射，以及使用調製IR信號。

10. 工作原理同技術趨勢

10.1 工作原理

ITR9909 基於透射光阻斷原理工作。流經紅外線發光二極管（IRED）嘅電流使其發射峰值波長為940納米嘅光子。呢啲光子穿過一個小氣隙並照射到NPN矽光電晶體管嘅基極區域。光子喺基極-集電極結產生電子-空穴對，該結有效地充當光電二極管。呢個光電流然後被器件嘅晶體管作用放大，產生一個大得多嘅集電極電流，可以輕易被外部電路測量。當物體物理阻斷發射器同檢測器之間嘅路徑時，光子通量停止，光電流下降到接近零，晶體管關斷，指示物體存在。

10.2 技術背景同趨勢

像ITR9909咁樣嘅光學遮斷器係成熟、易於理解嘅元件。該領域目前嘅趨勢集中喺幾個方面：

• 小型化：開發更細嘅表面貼裝（SMD）封裝，以節省現代消費電子產品中嘅電路板空間。
• 集成：喺芯片上集成額外電路，例如用於數字輸出嘅施密特觸發器、用於模擬輸出嘅放大器，甚至完整嘅邏輯電平接口（例如，開漏輸出）。
• 增強性能：提高速度以用於更高分辨率編碼器，降低電池供電設備嘅功耗，以及增加靈敏度以允許更小驅動電流或更大感測空隙。
• 專業化：創建具有唔同槽寬、孔徑形狀或光譜響應嘅變體，用於特定市場領域，如汽車、工業自動化或醫療設備。

光學阻斷嘅基本原理仍然係一種穩健且具成本效益嘅非接觸式感測方法，確保咗喺廣泛嘅機電系統中持續相關。