ITR20403 光學遮斷器規格書 - 封裝尺寸 4.0x3.0x2.0mm - 順向電壓 1.6V - 功耗 75mW - 紅外線 940nm - 粵語技術文件

1. 產品概覽

ITR20403 係一款專為非接觸式感應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）同一個矽光電晶體管集成喺一個細小嘅黑色熱塑性塑膠外殼內。呢個裝置嘅主要功能係檢測其發射器同接收器組件之間紅外線光束嘅遮斷。

1.1 核心優勢同目標市場

呢個裝置提供咗幾個關鍵優勢，令佢適合用於精密應用。佢嘅快速響應時間同高靈敏度能夠可靠地檢測快速移動嘅物件。薄身細小嘅封裝方便集成到空間有限嘅設計中，呢啲設計常見於消費電子產品同辦公室自動化設備。一個重要嘅技術特點係外殼設計，令光電晶體管主要接收來自集成IRED嘅輻射，從而最大限度地減少環境光源嘅干擾同噪音。主要目標市場包括成像設備、文件處理系統，以及各種需要準確位置或存在檢測嘅自動化控制。

2. 深入技術參數分析

呢部分對規格書中定義嘅裝置電氣、光學同熱規格進行詳細、客觀嘅解讀。

集極暗電流（I

絕對最大額定值定義咗壓力極限，超過呢啲極限可能會對裝置造成永久性損壞。呢啲唔係建議嘅工作條件。

• 輸入（IRED）功耗（Pd）：喺25°C或以下嘅自由空氣溫度下，最大為75 mW。超過呢個限制會令LED晶片有熱損壞嘅風險。
• 輸入反向電壓（VR）：最大5 V。施加更高嘅反向電壓可能會導致接面擊穿。
• 連續順向電流（IF）：最大50 mA。呢個係IRED可以承受嘅最高直流電流。
• 輸出（光電晶體管）功耗（Pd）：喺25°C或以下嘅自由空氣溫度下，最大為75 mW。
• 集極電流（IC）：光電晶體管輸出最大為20 mA。
• 集極-射極電壓（BV_CEO）：最大30 V。呢個係基極開路時嘅擊穿電壓。
• 工作溫度（T_opr）：-25°C 至 +80°C。保證裝置喺呢個環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +85°C。
• 引腳焊接溫度（T_sol）：最大260°C，持續5秒，測量點距離封裝主體3mm。呢個對於組裝過程控制至關重要。

2.2 電光特性

呢啲參數喺標準測試條件下（Ta=25°C）測量，代表典型裝置性能。

• 順向電壓（V_F）：典型值為1.23V，喺I_F=20mA時最大為1.6V。呢個參數對於設計IRED嘅限流驅動電路至關重要。
• 峰值波長（\u03bb_P）：940 nm。呢個係發射嘅紅外線嘅標稱波長，與接收光電晶體管嘅峰值靈敏度相匹配。
• Collector Dark Current (I_CEO）：喺V_CE=20V且零光照下，最大為100 nA。呢個漏電流決定咗感應器喺關閉狀態下嘅底噪。
• 集極-射極飽和電壓（V_CE(sat)）：喺I_C=2mA同輻照度（E_e）為1 mW/cm\u00b2時，最大為0.4V。對於數位開關應用，低飽和電壓係理想嘅。
• 導通集極電流（I_C(on)）：喺V_CE=5V同I_F=20mA嘅測試條件下，範圍從最小0.2 mA到最大5.0 mA。呢個寬範圍表示裝置之間電流傳輸比（CTR）嘅變化，電路設計時必須考慮呢一點。
• 上升/下降時間（t_r, t_f）：喺指定開關條件下，通常各為15 \u00b5sec。呢個定義咗裝置可實現嘅最高開關頻率。

3. 性能曲線分析

規格書包含典型特性曲線，有助於了解裝置喺不同條件下嘅行為。

3.1 順向電流 vs. 環境溫度

呢條曲線說明咗隨著環境溫度升高，IRED順向電流需要進行嘅必要降額。為咗防止超過最高接面溫度並確保長期可靠性，當裝置用於高溫環境時，必須降低工作電流。設計師必須參考呢個圖表，以確定針對其特定應用最高環境溫度嘅安全工作電流。

3.2 光譜靈敏度

分別提供咗紅外線發射器同光電晶體管嘅光譜靈敏度曲線。IRED曲線顯示相對輻射強度與波長嘅關係，峰值喺940 nm。光電晶體管曲線顯示其相對響應與入射光波長嘅關係，其峰值設計為與發射器輸出對齊。窄而匹配嘅響應最大限度地減少對可見環境光嘅靈敏度，呢個係喺不同照明條件下穩定運作嘅關鍵特點。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓

呢個IRED嘅IV曲線顯示咗順向電壓同電流之間嘅非線性關係。對於選擇合適嘅限流方案（例如電阻、恆流源）以確保喺工作溫度範圍內同生產差異下穩定嘅紅外線輸出至關重要。

4. 機械同封裝資訊

4.1 封裝尺寸

裝置封裝喺一個緊湊嘅外殼內。關鍵尺寸包括主體寬度約4.0 mm、深度3.0 mm同高度2.0 mm。引腳間距為2.54 mm（0.1英寸），係通孔PCB安裝嘅標準間距。除非另有說明，所有尺寸公差為\u00b10.25 mm。引腳喺其從封裝主體伸出嘅位置進行測量。

4.2 極性識別同安裝

呢個元件有四隻引腳。呢類光學遮斷器嘅標準慣例係，一邊嘅兩隻引腳屬於紅外線發射器（陽極同陰極），對面嘅兩隻引腳屬於光電晶體管（射極同集極）。確切嘅引腳排列必須從封裝圖中驗證。安裝時，PCB孔必須與引腳位置精確對齊，以避免喺插入時對環氧樹脂主體施加機械應力，呢啲應力可能會降低性能或導致故障。

5. 焊接同組裝指引

正確處理對於保持裝置完整性同性能至關重要。

5.1 引腳成型

如果需要彎曲引腳，必須喺焊接前進行。彎曲處應距離環氧樹脂封裝主體底部大於3 mm。彎曲時必須穩固地固定引線框架，以防止應力傳遞到脆弱嘅環氧樹脂燈泡，從而導致破裂或內部損壞。切割引腳應喺室溫下進行。

5.2 焊接過程

必須保持焊點同環氧樹脂燈泡之間最小距離為3 mm。推薦條件如下：

• 手動焊接：烙鐵頭溫度最高300°C（對於30W烙鐵），每隻引腳焊接時間最長3秒。
• 波峰/浸焊：預熱溫度最高100°C，持續最多60秒。焊錫槽溫度最高260°C，停留時間最長5秒。

避免喺裝置處於高溫時對引腳施加任何機械應力。浸焊或手動焊接不應進行超過一次。焊接後，應保護裝置免受機械衝擊或振動，直到佢恢復到室溫。不建議使用快速冷卻過程。

5.3 清潔同儲存

禁止使用超聲波清潔，因為高頻振動可能會損壞內部組件或環氧樹脂密封。對於儲存，裝置應喺出貨後存放喺10-30°C同70% RH或更低嘅環境中，最多3個月。對於更長嘅儲存時間（最多一年），建議使用氮氣氣氛密封容器，溫度為10-25°C，濕度為20-60% RH。打開防潮包裝後，裝置應喺24小時內或盡快使用，剩餘嘅組件應立即重新密封。

6. 包裝同訂購資訊

標準包裝規格為每管120件，每盒96管，每箱2盒。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）、參考（REF）同批號（LOT No.）等欄位。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 打印機/影印機/掃描器嘅紙張檢測：檢測紙張是否存在、卡紙或文件嘅前緣/後緣。
• 相機鏡頭蓋或濾鏡位置檢測：感應鏡頭蓋是否蓋上或濾鏡輪是否處於正確位置。
• 非接觸式終點感應：用於掃描器、繪圖儀或自動化平台，無需物理接觸即可檢測原點或極限位置。
• 物件計數或分類：當物件遮斷紅外線光束時，檢測輸送帶上嘅物件。
• 旋轉編碼器盤感應：讀取旋轉盤中嘅槽以測量速度或位置（儘管專用編碼器模組通常更適合高解析度任務）。

7.2 設計考量同電路介面

使用ITR20403進行設計時，必須考慮以下幾個因素：

1. IRED嘅限流：必須根據電源電壓（V_CC）、所需順向電流（I_F，通常為額定輸出嘅20mA）同順向壓降（V_F~1.23V）計算串聯電阻。R = (V_CC- V_F) / I_F.
2. 輸出介面電路：光電晶體管可以用於兩種常見配置：
   • 開關模式：從集極到V_CC連接一個上拉電阻（例如，1k\u03a9 至 10k\u03a9）。射極接地。當光束未被遮擋時（晶體管導通），集極嘅輸出將為低電平（接近V_CE(sat)）；當光束被遮擋時（晶體管截止），輸出將為高電平（V_CC）。
   • 類比模式：光電晶體管可以用於共射極配置，配合集極電阻以產生與光強度成正比嘅電壓。然而，與使用運算放大器電路嘅光電二極管相比，其非線性響應同溫度依賴性使其不太適合精確嘅類比測量。
3. 抗噪性：雖然對環境光有抵抗力，但電路仍可能拾取電氣噪音。建議喺裝置電源引腳附近使用旁路電容（0.1 \u00b5F）並進行仔細嘅PCB佈局。對於長電纜或嘈雜環境，屏蔽或使用輸出驅動施密特觸發器輸入可以提高可靠性。
4. 孔徑同槽口設計：遮斷光束嘅物件應對紅外線不透明。檢測嘅解析度同可重複性取決於物件寬度相對於裝置外殼中槽口寬度嘅比例。對於邊緣檢測，具有鋒利邊緣嘅葉片或旗標可提供最精確嘅時序。

8. 技術比較同差異化

ITR20403主要通過其緊湊、薄身嘅外形尺寸來區分自己，呢個喺小型化消費電子產品中具有優勢。其快速嘅15 \u00b5s響應時間適合檢測中等高速事件。光譜匹配發射器同接收器嘅集成外殼提供固有嘅環境光抑制功能，與使用分立元件相比，呢個特點簡化咗設計。與反射式物件感應器相比，遮斷器提供更高嘅位置精度，並且對目標物件嘅顏色或反射率較不敏感。與具有更寬間隙嘅槽式光學開關相比，呢個裝置嘅窄間隙允許檢測更細小嘅物件或進行更精確嘅邊緣檢測。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 紅外線LED嘅典型工作電流係幾多？

電光特性喺I_F= 20 mA下測試，呢個係常見且推薦嘅工作點，以實現指定嘅導通集極電流。電路設計必須確保不超過50 mA嘅絕對最大額定值。

9.2 點解導通集極電流會有咁大範圍（0.2mA 至 5.0mA）？

呢個範圍代表裝置之間電流傳輸比（CTR）嘅差異，CTR係光電晶體管輸出電流（I_C）與IRED輸入電流（I_F）嘅比率。呢種差異係光耦合器同遮斷器製造過程中所固有嘅。電路必須設計為能夠與最小指定I_C(on)（0.2mA）正常工作，以確保所有生產單元嘅可靠性。

9.3 呢個感應器可唔可以用喺戶外？

雖然外殼提供良好嘅環境光抑制，但直射陽光含有大量紅外線輻射，可能會使感應器飽和。對於戶外使用，需要額外嘅光學濾波、屏蔽或採用同步檢測嘅脈衝操作，以實現可靠性能。工作溫度範圍（-25°C 至 +80°C）也限制咗極端環境應用。

9.4 物件需要幾近先可以遮斷光束？

呢個裝置有一個狹窄、聚焦嘅間隙。物件需要物理穿過發射器同檢測器之間嘅槽口。佢冇接近感應能力；光束必須被完全遮擋，輸出狀態才能可靠地改變。

10. 設計同使用案例分析

場景：桌面打印機中嘅缺紙感應器。

實施：ITR20403安裝喺打印機嘅送紙路徑上。當冇紙時，一個連接到彈簧嘅槓桿或旗標停留喺感應器嘅槽口中。當送入一張紙時，佢會將旗標推出槽口，允許紅外線光束通過並使光電晶體管導通。

電路設計：IRED通過一個限流電阻從打印機嘅5V邏輯電源驅動，電流為20mA。光電晶體管集極通過一個4.7k\u03a9上拉電阻連接到3.3V微控制器輸入引腳。射極接地。

軟件邏輯：微控制器引腳配置為數位輸入。低電平讀數表示光束未被遮擋（旗標移出，有紙）。高電平讀數表示光束被遮擋（旗標在內，冇紙），觸發向用戶發出缺紙警報。添加去抖動邏輯（例如，喺軟件中）以忽略旗標嘅機械振動。

呢個案例嘅關鍵考量：旗標機構必須設計為能夠可靠且完全地進入感應器槽口。彈簧必須提供足夠嘅力以確保正回位，但又不能太大以致損壞紙張或導致感應器磨損。感應器嘅位置必須牢固固定以保持對齊。

11. 工作原理

ITR20403基於調製光傳輸同檢測嘅原理運作。一個紅外線發光二極管（IRED）以恆定電流正向偏置，使其以940 nm嘅峰值波長發射光子。正對面，喺同一個外殼內，係一個矽NPN光電晶體管。當紅外線光束無阻礙地穿過間隙時，佢會照射到光電晶體管嘅基極區域。被吸收嘅光子產生電子-空穴對，呢啲對充當基極電流，使晶體管導通，並允許與光強度成正比嘅集極電流（I_C）流動。當一個不透明物件進入間隙時，佢會遮擋光束，光生基極電流停止，晶體管截止。輸出電路將呢個導通/截止狀態變化轉換為可用嘅電信號。黑色熱塑性塑膠外殼用於容納光路、防止光串擾並阻擋大部分環境可見光，可見光嘅光子通常沒有足夠能量被矽光電晶體管嘅能隙吸收，從而提供固有嘅光學濾波。

12. 技術趨勢

像ITR20403咁樣嘅光學遮斷器代表咗一種成熟可靠嘅技術。目前該領域嘅趨勢集中喺幾個方面：進一步小型化以實現集成到更細小嘅便攜式同可穿戴設備中；開發具有改進回流焊接兼容性嘅表面貼裝器件（SMD）版本，以適應自動化組裝；提高開關速度以支持編碼器應用中更高嘅數據速率或更快嘅機械；增強對更高溫度、濕度同污染等環境因素嘅穩健性。仲有一個趨勢係集成額外功能，例如輸出端內置施密特觸發器以提供遲滯，甚至係數位介面（I2C、SPI）以實現更智能、可尋址嘅感應器模組。然而，如ITR20403所示嘅基本通孔分立元件設計，喺其性能同外形尺寸足夠嘅應用中，仍然具有高成本效益且被廣泛使用。