ITR8102 光電遮斷器規格書 - 封裝尺寸 4.8x4.8x3.2mm - 正向電壓 1.25V - 峰值波長 940nm - 粵語技術文件

1. 產品概覽

ITR8102 係一款專為非接觸式感應應用而設計嘅緊湊型光電遮斷器模組。佢將一個紅外線發射二極管 (IRED) 同一個矽光電晶體管整合喺一個黑色熱塑性塑膠外殼內，兩者嘅光軸對齊匯聚。呢種配置令光電晶體管喺正常情況下可以接收到IRED發出嘅輻射。當一個不透明物體阻斷咗發射器同檢測器之間嘅光路時，光電晶體管就會停止導通，從而實現物體檢測或位置感應。

主要特點包括快速響應時間、高靈敏度，以及符合RoHS同歐盟REACH等環保標準。該器件採用無鉛材料製造。

2. 技術參數深入分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作並唔保證正常。

• 輸入功耗 (Pd)：喺25°C或以下嘅自由空氣溫度下為75 mW。
• 輸入反向電壓 (VR)：最大5 V。
• 輸入正向電流 (IF)：最大50 mA。
• 輸出集極功耗 (Pc)：75 mW。
• 輸出集極電流 (IC)：最大20 mA。
• 集極-射極電壓 (BVCEO)：最大30 V。
• 工作溫度 (Topr)：-25°C 至 +85°C。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +85°C。
• 引腳焊接溫度 (Tsol)：260°C，持續時間少於5秒，測量點距離封裝體3mm。

2.2 電光特性

呢啲參數喺Ta=25°C下測量，定義咗典型工作性能。

• 正向電壓 (VF)：典型值1.25V，喺IF=20mA時最大值為1.60V。
• 反向電流 (IR)：喺VR=5V時最大10 μA。
• 峰值波長 (λP)：喺IF=20mA時為940 nm。
• 暗電流 (ICEO)：喺VCE=20V且零輻照度 (Ee=0 mW/cm²) 時最大100 nA。
• 集極-射極飽和電壓 (VCE(sat))：喺IC=0.9mA同IF=20mA時最大0.4V。
• 集極電流 (IC(ON))：最小0.9mA，典型值更高，喺VCE=5V同IF=20mA時最大可達15mA。
• 上升/下降時間 (tr, tf)：喺指定測試條件下 (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ)，通常各為15 μsec。

3. 性能曲線分析

3.1 紅外線發射器特性

規格書提供咗紅外線發射器元件嘅典型曲線。正向電流 vs. 正向電壓曲線顯示咗非線性關係，對於設計限流驅動電路至關重要。正向電流 vs. 環境溫度曲線說明咗隨著環境溫度升高，最大允許正向電流需要降額，以防止過熱。光譜分佈曲線確認咗峰值發射波長喺940nm，呢個波長最適合匹配光電晶體管嘅靈敏度，並最大限度地減少環境可見光嘅干擾。

3.2 光電晶體管特性

光電晶體管嘅關鍵曲線係光譜靈敏度圖表。佢顯示咗檢測器喺唔同波長下嘅響應度，峰值喺940nm附近嘅近紅外區域。呢種與紅外線發射器輸出嘅精確光譜匹配，確保咗感應系統具有高靈敏度同高信噪比。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸

ITR8102 採用標準4腳側視封裝。關鍵尺寸包括整體主體長度約4.8mm、高度約4.8mm、寬度約3.2mm（不包括引腳）。引腳間距為2.54mm (0.1英寸)。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，一般公差為±0.3mm。引腳從黑色塑膠外殼底部伸出，該外殼充當光學屏障，以防止發射器同檢測器之間嘅串擾。

4.2 極性識別

該元件採用標準引腳配置。從器件正面（有透鏡開口嘅一側）觀看時，引腳通常從左到右排列如下：IRED陽極、IRED陰極、光電晶體管射極、光電晶體管集極。必須查閱封裝圖以進行明確識別，確保電路連接正確。

5. 焊接與組裝指引

5.1 引腳成型

引腳必須喺焊接前成型。彎曲應喺距離環氧樹脂封裝體底部大於3mm嘅位置進行，以避免應力引起嘅裂紋或性能下降。彎曲時必須穩固地固定引線框架，以防止對環氧樹脂球體造成應力。引腳切割應喺室溫下進行。

5.2 焊接製程

推薦嘅焊接條件對於可靠性至關重要。

• 手工焊接：烙鐵頭溫度最高300°C（適用於30W烙鐵），每個引腳焊接時間最長3秒。
• 波峰焊/浸焊：預熱溫度最高100°C，持續時間最長60秒。焊錫槽溫度最高260°C，停留時間最長5秒。
• 關鍵距離：焊點必須距離環氧樹脂球體至少3mm，以防止熱損壞。
• 製程限制：浸焊或手工焊接不應進行超過一次。

提供咗推薦嘅焊接溫度曲線，強調受控嘅升溫、峰值溫度平台同受控嘅冷卻階段，以最大限度地減少熱衝擊。

5.3 清潔與儲存

禁止使用超聲波清潔，因為佢可能會損壞內部元件或環氧樹脂密封。對於儲存，器件喺出貨後應存放喺10-30°C同≤70%相對濕度嘅環境中，最多3個月。對於更長時間嘅儲存（最多一年），建議使用10-25°C同20-60%相對濕度嘅氮氣環境。打開防潮袋後，器件應喺24小時內使用或立即重新密封。

6. 包裝與訂購資料

標準包裝規格為每管100件，每盒20管，每箱4盒，每箱總共8000件。包裝上嘅標籤包括客戶零件編號 (CPN)、製造商零件編號 (P/N)、包裝數量 (QTY) 同批次編號 (LOT No.)，以便追溯。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

ITR8102 適用於各種非接觸式感應同開關應用，包括但不限於：

• 打印機/掃描器/影印機中嘅位置感應：檢測紙張存在、紙盤位置或托架歸位位置。
• 旋轉編碼：與開槽輪一起使用，測量馬達、風扇或軟碟機中嘅速度或位置。
• 物體檢測：檢測自動販賣機、工業自動化或安全系統中物體嘅存在與否。
• 非接觸式開關：喺消費電子產品或電器中實現非接觸式開關。

7.2 設計考慮因素

• 限流電阻：必須將一個外部電阻與IRED陽極串聯，以將正向電流 (IF) 限制喺所需值（例如，典型操作為20mA），計算基於電源電壓同IRED嘅正向電壓 (VF)。
• 光電晶體管偏置：一個負載電阻 (RL) 連接喺光電晶體管嘅集極同正電源之間。RL嘅值決定咗輸出電壓擺幅同開關速度。典型值為1kΩ。
• 抗環境光能力：黑色外殼同940nm匹配波長對提供咗良好嘅環境可見光抑制能力。對於高環境紅外線環境，可能需要調製/解調技術。
• 孔徑與間隙設計：感應距離同解析度取決於阻斷光束嘅物體嘅大小同對齊情況。匯聚光軸定義咗特定嘅感應間隙。
• 熱管理：必須根據降額曲線喺較高環境溫度下對正向電流進行降額，以確保輸入功耗 (Pd) 唔超過安全限制。

8. 技術比較與差異

ITR8102 為通用光電遮斷提供咗一套平衡嘅規格。其主要差異點包括相對快速嘅15μs響應時間，適合中速感應；高最小集極電流 (0.9mA)，確保強勁嘅輸出信號；以及緊湊、符合行業標準嘅封裝。與反射式感應器相比，像ITR8102呢類遮斷器模組提供更高嘅可靠性同一致性，因為佢哋唔受目標物體反射率變化嘅影響。帶有物理間隙嘅並排配置，非常適合檢測穿過特定平面嘅物體。

9. 常見問題 (FAQs)

9.1 典型嘅感應距離或間隙係幾多？

感應間隙由封裝內部發射器同檢測器透鏡之間嘅機械分隔定義。對於ITR8102，呢個係一個固定嘅內部間隙。該器件檢測任何插入此間隙並阻斷紅外線光束嘅不透明物體。有效嘅感應距離基本上為零，因為物體必須物理上進入槽口。

9.2 我可唔可以直接用電壓源驅動紅外線發射二極管 (IRED)？

唔可以。IRED係一個具有動態電阻同正向壓降嘅二極管。將其直接連接到超過其VF嘅電壓源會導致過大電流，可能損壞器件。必須串聯一個限流電阻。

9.3 點樣將光電晶體管輸出連接至微控制器？

光電晶體管充當光控開關。當負載電阻 (RL) 連接到VCC時，集極輸出喺光束未被阻斷（導通狀態）時會被拉低（接近VCE(sat)）。當光束被阻斷時，晶體管關斷，集極輸出變為高電平（升至VCC）。呢個數位信號可以直接由微控制器嘅數位輸入引腳讀取。對於光強度嘅模擬感應，可以用ADC測量RL兩端嘅電壓，但線性度可能有限。

9.4 點解焊接距離 (3mm) 咁重要？

封裝半導體晶片嘅環氧樹脂對極端熱應力敏感。焊接位置太靠近主體會傳遞過多熱量，可能導致環氧樹脂開裂、損壞內部鍵合線或改變透鏡嘅光學特性，從而導致立即失效或降低長期可靠性。

10. 實用設計案例

案例：桌面打印機中嘅缺紙感應器

喺呢個應用中，ITR8102安裝喺打印機嘅主板上，其感應間隙對齊紙疊通過嘅路徑。當紙張用完時，連接到紙盤嘅機械槓桿或標誌會移動到感應器嘅間隙中。

電路實現：IRED通過一個180Ω串聯電阻由打印機嘅5V邏輯電源驅動，提供恆定20mA電流 ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω，標準值180Ω)。光電晶體管嘅集極通過一個4.7kΩ上拉電阻連接到5V電源，同時連接到打印機微控制器嘅一個GPIO引腳。

操作：當有紙時，標誌唔喺間隙內，光束未被阻斷，光電晶體管導通，將集極輸出拉低。微控制器讀取到邏輯'0'，表示有紙。當紙張用完時，標誌進入間隙，阻斷光束。光電晶體管關斷，上拉電阻將集極輸出拉高。微控制器讀取到邏輯'1'，觸發用戶界面上嘅缺紙警報。ITR8102嘅快速響應時間確保即時檢測。

11. 工作原理

ITR8102 基於調製光傳輸同檢測嘅原理運作。內部紅外線發光二極管 (IRED) 喺以適當電流正向偏置時，會以940nm嘅峰值波長發射光子。呢啲光子穿過外殼內一個細小且精確對齊嘅氣隙。位於IRED對面嘅矽光電晶體管對呢個特定波長敏感。當光子撞擊光電晶體管嘅基極區域時，會產生電子-空穴對，有效地產生基極電流，從而打開晶體管，允許更大嘅集極電流流動。呢個集極電流與接收到嘅紅外線強度成正比。當一個不透明物體進入間隙時，佢阻斷咗光子流，光電晶體管嘅基極電流降至接近零（暗電流），晶體管關斷。輸出端呢種明顯嘅導通/關斷電氣狀態直接對應於光路中物體嘅存在與否。

12. 技術趨勢

光電遮斷器技術隨著光電同製造技術嘅進步而不斷發展。趨勢包括開發更細封裝尺寸嘅器件，以實現消費電子產品同可穿戴設備嘅微型化。同時亦推動更高嘅開關速度，以支持更快嘅數據編碼同高速工業自動化。整合額外功能，例如用於信號調理嘅內置施密特觸發器或限流電阻，簡化電路設計。此外，成型材料同製程嘅改進增強咗環境穩健性，使器件能夠喺更寬嘅溫度同濕度範圍內工作，適用於汽車同工業應用。其基本原理仍然穩健，確保光電遮斷器喺可靠、非接觸式位置同物體檢測方面持續具有相關性。