ITR8307/F43 反射式光學感測器規格書 - 紅外線LED及光電晶體管

1. 產品概覽

ITR8307/F43 係一款細小、表面貼裝嘅反射式光學感測器，專為短距離物件檢測而設計。佢將一個紅外線發光二極管 (IR-LED) 同一個高靈敏度嘅NPN矽光電晶體管整合喺單一塑膠封裝入面。主要功能係透過LED發射紅外線，然後量度反射返嚟嘅光量去到光電晶體管，從而檢測物件嘅存在與否。

呢款裝置嘅核心優勢包括反應時間快、對紅外線靈敏度高，同埋能夠過濾可見光干擾，確保運作可靠。佢嘅薄身同細小外形，好適合用喺消費電子產品同微電腦控制設備呢啲空間有限嘅應用度。

呢款裝置係無鉛 (Pb-free) 製造，符合歐盟REACH規例，並且遵循無鹵素標準 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)。佢亦設計成符合RoHS指令嘅規格。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能會對裝置造成永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作唔保證正常。

輸入 (IR-LED) 功耗 (Pd)：喺25°C或以下嘅自由空氣溫度時為75 mW。超過呢個值會令LED接面過熱。
LED反向電壓 (VR)：5 V。施加更高嘅反向電壓會導致擊穿。
LED順向電流 (IF)：連續50 mA。峰值順向電流 (IFP) 喺100 µs脈衝寬度、10 ms週期下為1 A。
輸出 (光電晶體管) 集極功耗 (PC)：75 mW。
集極電流 (IC)：最大50 mA。
集極-射極電壓 (V_CEO)：30 V。呢個係基極開路時，可以施加喺集極同射極之間嘅最大電壓。
操作溫度 (T_opr)：-25°C 至 +85°C。裝置喺呢個環境溫度範圍內可以正常運作。
儲存溫度 (T_stg)：-30°C 至 +100°C。
引腳焊接溫度 (T_sol)：最高260°C，最多5秒。呢個對於波峰焊或迴流焊製程好緊要。

2.2 電氣光學特性

呢啲參數喺Ta=25°C下量度，定義咗裝置嘅典型性能。

LED順向電壓 (V_F)：典型值1.2 V，喺順向電流 (I_F) 為20 mA時最大為1.6 V。呢個對於設計限流驅動電路好重要。
LED峰值波長 (λ_P)：940 nm。呢個係IR-LED發射最多光功率嘅波長，同矽光電晶體管嘅峰值靈敏度匹配。
光電晶體管暗電流 (I_CEO)：喺V_CE=10V、無光照 (E_e=0) 時最大為100 nA。呢個係感測器關閉時嘅漏電流，應該盡量減細以獲得良好嘅信噪比。
集極電流 (I_C(ON))：喺測試條件V_CE=5V 同 I_F=20mA下，最小為0.1 mA。呢個係當LED啟動，而且有物件喺檢測範圍內時產生嘅光電流。
上升/下降時間 (t_r, t_f)：典型值各為20 µs。呢個定義咗光電晶體管嘅開關速度，對於檢測快速移動物件或者某啲應用中嘅高速數據傳輸好緊要。

3. 性能曲線分析

規格書包含幾條特性曲線，可以更深入理解裝置喺唔同條件下嘅行為。雖然具體圖表冇喺度複製，但會解釋佢哋嘅典型含義。

3.1 紅外線LED特性

紅外線發射器嘅曲線通常顯示順向電壓同順向電流之間嘅關係 (I-V曲線)，係非線性嘅。佢哋亦都說明相對輻射強度對順向電流嘅關係，顯示光學輸出點樣隨驅動電流增加，以及環境溫度對呢個輸出嘅影響，通常溫度升高輸出會降低。

3.2 光電晶體管特性

接收器嘅曲線通常描繪喺唔同輻照度 (光學輸入功率) 水平下，集極電流對集極-射極電壓嘅關係。呢組曲線類似雙極性晶體管嘅輸出特性，輻照度就好似基極電流咁。其他曲線可能顯示集極電流對反射面距離，或者對LED驅動電流嘅關係，定義咗感測器嘅傳遞函數。

3.3 組合感測器特性

呢啲曲線代表完整感測器組件嘅性能。一個關鍵圖表係喺固定LED電流下，集極電流對標準反射面 (通常係白卡) 距離嘅關係。呢條曲線定義咗有效感測範圍同距離上嘅非線性響應，對於閾值檢測設計好緊要。

4. 機械及封裝資訊

裝置採用細小嘅表面貼裝封裝。確切尺寸喺規格書嘅封裝圖度提供。圖中嘅關鍵註明指明所有尺寸單位係毫米，除非另有說明，一般公差係±0.15 mm。IR-LED同光電晶體管並排放置，為反射式感測優化。封裝包括極性標記，確保PCB組裝時方向正確。

5. 焊接及組裝指引

引腳焊接溫度嘅絕對最大額定值係260°C，5秒。呢個參數必須喺迴流焊或波峰焊製程中嚴格遵守，以防止損壞塑膠封裝或內部引線鍵合。標準IPC/JEDEC J-STD-020無鉛焊接曲線通常適用，但峰值溫度同液相線以上時間必須控制。應避免焊接前長時間暴露喺高濕度環境，建議遵循標準濕度敏感等級 (MSL) 處理程序，雖然提供嘅內容冇講明具體嘅MSL等級。

6. 包裝及訂購資訊

標準包裝如下：

每管160件。
每內箱18管。
每外箱12個內箱。

包裝上嘅標籤包括客戶生產編號 (CPN)、生產編號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、等級 (CAT)、峰值波長 (HUE)、參考 (REF)、批號 (LOT No.) 同生產地點等欄位。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

規格書列出幾種經典應用：相機 (例如檢測菲林或磁帶存在)、錄影機、軟碟機、卡式錄音機，同各種微電腦控制設備。現代應用包括打印機嘅紙張檢測、自動販賣機嘅硬幣檢測、邊緣感測、物件計數，以及需要非接觸式檢測嘅消費設備中嘅接近感測。

7.2 設計考慮因素

限流：必須同IR-LED串聯一個電阻，將順向電流 (I_F) 限制喺安全值，標準操作通常係20 mA，用電源電壓同LED嘅順向電壓 (V_F) 計算。
負載電阻：光電晶體管輸出需要一個上拉或負載電阻 (R_L) 連接喺集極同正電源之間。佢嘅數值決定輸出電壓擺幅同響應速度。較細嘅電阻提供更快響應但靈敏度較低 (電壓變化較細)。
環境光抗擾度：雖然裝置截止可見光，但強勁嘅環境紅外線光源 (陽光、白熾燈) 會影響性能。機械屏蔽、光學濾波器，或者調製/解調技術 (脈衝驅動LED並同步讀取輸出) 可以提高可靠性。
反射率：檢測範圍同信號強度好大程度上取決於目標物件嘅反射率、顏色同表面紋理。可能需要校準或可調閾值。

8. 技術比較

ITR8307/F43 提供一套特定功能。同較簡單嘅光電晶體管或光電二極管相比，佢為反射式感測提供一個集成、對準嘅解決方案。同內置邏輯嘅現代數字輸出感測器相比，佢係一個需要外部電路進行信號調理嘅模擬元件，提供更大設計靈活性但更複雜。佢嘅關鍵區別在於細小尺寸、快速響應時間 (20 µs)，以及符合環保法規 (RoHS、REACH、無鹵素)。

9. 常見問題 (FAQ)

問：典型感測距離係幾多？

答：規格書冇指明最大距離，因為好大程度上取決於目標嘅反射率同LED驅動電流。I_C(ON)嘅測試條件使用1mm間隙，表明佢係為極短距離檢測優化。實際距離通常係幾毫米到幾厘米。

問：我可唔可以直接用電壓源驅動LED？

答：唔可以。LED必須用限流源驅動，幾乎總係用串聯電阻實現，以防止熱失控同過流損壞。

問：點樣將輸出連接到微控制器？

答：光電晶體管集極輸出係一個隨反射光變化嘅模擬電壓。可以連接到微控制器嘅模擬-數字轉換器 (ADC) 引腳進行精確量度，或者透過比較器電路產生一個數字開/關信號畀GPIO引腳。

問：截止可見光波長功能有咩用？

答：光電晶體管設計成主要對其配對LED發出嘅940 nm紅外線敏感，對可見光較唔敏感。咁樣可以減少因室內環境光線變化而引起嘅誤觸發。

10. 實際使用案例

案例：桌面打印機嘅紙張用盡檢測

感測器安裝喺打印機內部，面向紙張路徑。一個反射旗或者紙張本身作為目標。當有紙張時，紅外線反射返去光電晶體管，產生高集極電流同低輸出電壓 (如果使用上拉電阻)。當紙張用完，反射停止，光電晶體管關閉，輸出電壓變高。打印機嘅控制邏輯檢測到呢個電壓轉變，觸發缺紙提示畀用戶。快速響應時間確保即使喺高速送紙時都能檢測到。

11. 工作原理

ITR8307/F43 基於調製光反射原理運作。內部嘅GaAs紅外線LED將電流轉換成紅外線 (940 nm)。呢啲光線射向目標區域。如果檢測範圍內有物件存在，一部分光線會反射返嚟。集成嘅NPN矽光電晶體管作為接收器。當來自反射紅外線嘅光子撞擊光電晶體管嘅基極-集極接面時，會產生電子-空穴對。呢個光生電流作為基極電流，然後被晶體管嘅增益放大，產生大得多嘅集極電流 (I_C)。呢個集極電流嘅大小同反射紅外線嘅強度成正比，而強度又取決於物件嘅距離同反射率。透過量度呢個輸出電流 (或者負載電阻兩端嘅電壓)，就可以確定物件嘅存在、不存在，甚至大概距離。

12. 技術趨勢

好似 ITR8307/F43 呢類反射式光學感測器代表咗一種成熟可靠嘅技術。目前領域嘅趨勢包括封裝進一步微型化、將感測器同模擬前端電路 (放大器、ADC) 同數字邏輯 (I2C/SPI接口) 集成到單芯片解決方案，減少外部元件數量。亦都關注電池供電設備嘅更低功耗，以及用於背景光消除同距離量度嘅增強算法。對環保 (綠色) 元件嘅需求，呢款裝置正正滿足，繼續係電子行業嘅強勁驅動力。

13. 免責聲明及重要注意事項

基於規格書內容，以下免責聲明同注意事項對用戶好緊要：

製造商保留調整產品材料組合嘅權利。
產品自出貨日期起12個月內符合其公佈嘅規格。
圖表同典型值僅供參考，唔代表保證嘅最小或最大極限。
用戶有責任喺其絕對最大額定值內操作裝置。製造商對因誤用而造成嘅損壞概不負責。
規格書內容受版權保護；複製需要事先同意。
關鍵警告：本產品不適用於安全關鍵應用，包括軍事、航空、汽車、醫療、維持生命或拯救生命設備。用於呢類應用，必須獲得明確授權。

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋

一、光電性能核心指標

術語	單位/表示	通俗解釋	點解重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出嘅光通量，越高越慳電。	直接決定燈具嘅能效等級同電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出嘅總光量，俗稱"光亮度"。	決定燈具夠唔夠光。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），例如120°	光強降至一半時嘅角度，決定光束闊窄。	影響光照範圍同均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），例如2700K/6500K	光嘅顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氣氛同適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色嘅能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，例如"5-step"	顏色一致性嘅量化指標，步數越細顏色越一致。	保證同一批燈具顏色冇差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（納米），例如620nm（紅）	彩色LED顏色對應嘅波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED嘅色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出嘅光喺各波長嘅強度分佈。	影響顯色性同顏色品質。

二、電氣參數

術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需嘅最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光嘅電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度同壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受嘅峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度同佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受嘅最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從芯片傳到焊點嘅阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），例如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

三、熱管理與可靠性

術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片內部嘅實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED嘅"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（例如70%）	使用一段時間後剩餘亮度嘅百分比。	表徵長期使用後嘅亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色嘅變化程度。	影響照明場景嘅顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致嘅封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

四、封裝與材料

術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護芯片並提供光學、熱學介面嘅外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
芯片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	芯片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、硅酸鹽、氮化物	覆蓋喺藍光芯片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	唔同螢光粉影響光效、色溫同顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面嘅光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度同配光曲線。

五、質量控制與分檔

術語	分檔內容	通俗解釋	目的
光通量分檔	代碼例如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
電壓分檔	代碼例如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落喺極細範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應嘅坐標範圍。	滿足唔同場景嘅色溫需求。

六、測試與認證

術語	標準/測試	通俗解釋	意義
LM-80	流明維持測試	喺恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下嘅壽命。	提供科學嘅壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認嘅測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（例如鉛、汞）。	進入國際市場嘅准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品嘅能效同性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

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