ITR20001/T 光遮斷器規格書 - 封裝尺寸 4.0x4.0x2.5mm - 順向電壓 1.2V - 峰值波長 940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ITR20001/T 是一款專為非接觸式感測應用設計的反射型光遮斷器模組。它將一個紅外線發射二極體和一個 NPN 矽光電晶體整合在一個緊湊的黑色熱塑性塑膠外殼內。兩個元件並排安裝在會聚的光軸上。在預設狀態下，光電晶體不會接收到來自發射器的輻射。當反射物體進入感測間隙時，來自發射器的紅外線光會從物體反射並被光電晶體偵測到，從而改變其輸出狀態。此原理實現了可靠的物體偵測與位置感測。

2. 主要特點與合規性

本元件為電子設計提供了多項優勢：

• 快速響應時間：適用於高速應用的快速偵測能力。
• 高靈敏度：光電晶體相對於輸入輻照度能提供強勁的輸出訊號。
• 紅外線操作：峰值發射波長（λp）為 940nm，人眼不可見，可減少環境光干擾。
• 環境合規性：產品為無鉛設計，符合 RoHS 與歐盟 REACH 法規，且不含鹵素（Br <900 ppm，Cl <900 ppm，Br+Cl < 1500 ppm）。

3. 元件選擇與結構

此模組採用特定材料建構以實現最佳性能：

• 紅外線發射器（IR）：採用 GaAlAs（砷化鎵鋁）晶片，封裝在透明透鏡後方，以實現高效的紅外線傳輸。
• 光電晶體（PT）：採用矽晶片，封裝在黑色透鏡後方，以濾除可見光並提高訊噪比。

黑色外殼可在無物體存在時，最大限度地減少發射器與偵測器之間的內部光反射（串擾），確保可靠的關斷狀態。

4. 絕對最大額定值

超出這些限制操作可能導致永久性損壞。所有額定值均在環境溫度（Ta）為 25°C 時指定。

4.1 輸入端（紅外線發射器）額定值

• 功率損耗（Pd）：75 mW
• 逆向電壓（VR）：5 V
• 連續順向電流（IF）：50 mA
• 峰值順向電流（IFP）：1 A（脈衝寬度 ≤100μs，工作週期=1%）

4.2 輸出端（光電晶體）額定值

• 集極功率損耗（Pd）：75 mW
• 集極電流（IC）：20 mA
• 集極-射極電壓（BV_CEO）：30 V
• 射極-集極電壓（BV_ECO）：5 V

4.3 一般額定值

• 工作溫度（T_opr）：-40°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（測量點距離封裝本體 1/16 英吋）。

5. 電氣與光學特性

這些參數定義了在標準測試條件（Ta=25°C）下的電氣與光學性能。

5.1 紅外線發射器（輸入端）特性

• 順向電壓（V_F）：1.2 V（典型值），當 I_F= 20mA 時。最大值為 1.5V。
• 逆向電流（I_R）：最大值 10 μA，當 V_R= 5V 時。
• 峰值波長（λ_P）：940 nm（典型值），當 I_F= 20mA 時。

5.2 光電晶體（輸出端）特性

• 暗電流（I_CEO）：最大值 100 nA，當 V_CE= 5V 且輻照度為零（E_e=0）時。此為感測器關閉時的漏電流。
• 集極-射極飽和電壓（V_CE(sat)）：最大值 0.4 V，當 I_C= 2mA 且輻照度為 1 mW/cm² 時。對於開關應用，較低的 V_CE(sat)是理想的。
• 集極電流（轉換比）：
  • I_C(ON)：最小值 200 μA，當 V_CE= 5V 且 I_F= 20mA 時。此為偵測到物體時的電流。
  • I_C(OFF)：最大值 2 μA，在相同條件下，代表無物體存在時的殘餘電流。
• 開關速度：
  • 上升時間（t_r）：25 μs（典型值）
  • 下降時間（t_f）：25 μs（典型值） 測量條件為 V_CE=5V，I_C=100μA，且 R_L=100Ω。

6. 性能曲線分析

本規格書提供了圖形化數據，說明元件在不同條件下的行為。

6.1 紅外線發射器曲線

• 順向電流 vs. 環境溫度：顯示隨著溫度升高，最大允許順向電流的降額情況。
• 光譜靈敏度：確認了以 940nm 為中心的窄發射頻帶。
• 峰值發射波長 vs. 溫度：說明峰值波長隨溫度變化的輕微偏移。
• 順向電流 vs. 順向電壓（IV 曲線）：提供計算串聯電阻值的關係圖。
• 輻射強度 vs. 順向電流：顯示光學輸出功率作為驅動電流函數的關係。
• 相對輻射強度 vs. 角位移：描繪了紅外線 LED 的發射模式（光束輪廓）。

6.2 光電晶體曲線

• 集極功率損耗 vs. 環境溫度：提供光電晶體功率處理能力的降額指南。
• 光譜靈敏度：顯示光電晶體在不同波長下的響應度，在紅外線區域達到峰值以匹配發射器。
• 相對集極電流 vs. 環境溫度：指示光電晶體靈敏度隨溫度的變化情況。
• 集極電流 vs. 輻照度：關鍵圖表，顯示入射光功率與輸出電流之間的線性關係，定義了元件的轉換特性。
• 集極暗電流 vs. 環境溫度：顯示漏電流如何隨溫度增加，對於高溫操作很重要。
• 集極電流 vs. 集極-射極電壓：輸出特性曲線，顯示光電晶體在不同輻照度水平下工作於其主動區和飽和區。

7. 機械與封裝資訊

ITR20001/T 封裝在一個緊湊、表面黏著相容的封裝中。

7.1 封裝尺寸

根據提供的圖紙，關鍵尺寸約為長 4.0mm、寬 4.0mm、高 2.5mm（不包括引腳）。引腳間距設計用於標準 PCB 安裝。一個重要註記指定了最小 10.0mm 的鋁蒸鍍區域，可能指的是 PCB 上建議的禁區或散熱特徵。所有未指定的公差為 ±0.25mm。

7.2 極性辨識

封裝包含標記或特定形狀，用於識別紅外線發射器的陽極和陰極，以及光電晶體的集極和射極。設計人員必須查閱尺寸圖以獲取精確的接腳配置資訊，以確保正確的 PCB 佈局和組裝。

8. 焊接與組裝指南

本元件額定引腳焊接條件為 260°C 持續 5 秒，測量點距離封裝本體 1/16 英吋（約 1.6mm）。這與使用無鉛（Sn-Ag-Cu）焊膏的標準紅外線（IR）或對流迴焊製程相容。應注意遵循建議的迴焊溫度曲線，以避免熱衝擊或損壞塑膠外殼。元件在使用前應儲存在乾燥、受控的環境中。

9. 包裝與訂購資訊

標準包裝規格如下：

• 每袋 200 件。
• 每盒 6 袋。
• 每箱 10 盒。

產品標籤包含客戶料號（CPN）、製造商料號（P/N）、數量（QTY）以及用於發光強度（CAT）、主波長（HUE）和順向電壓（REF）的各種分級代碼。還提供了批號和日期代碼（月份以 'X' 標識）以供追溯。

10. 應用建議

10.1 典型應用情境

ITR20001/T 非常適合各種非接觸式感測和開關應用，包括：

• 滑鼠與影印機機構：偵測滾輪或編碼器圓盤的旋轉。
• 開關與掃描器系統：自動門、自動販賣機的物體存在偵測，或印表機中的紙張偵測。
• 軟碟機：歷史上用於偵測防寫保護片或磁片插入。
• 一般非接觸式開關：任何需要物體偵測、計數或極限感測而無需物理接觸的應用。
• 直接電路板安裝：其緊湊的 SMD 封裝使其非常適合空間受限的 PCB 設計。

10.2 設計考量

• 限流電阻：必須與紅外線發射器串聯一個電阻，以將順向電流（I_F）限制在安全值，正常操作通常為 20mA。使用公式 R = (V_CC- V_F) / I_F.
• 計算。負載電阻：_CC通常會在光電晶體的集極與電源電壓（V_L）之間連接一個上拉電阻。此電阻（R_L）的值決定了輸出電壓擺幅和開關速度。較小的 R
• 提供更快的開關速度，但輸出電壓變化較小。環境光：
• 雖然黑色透鏡和 940nm 濾波可減少干擾，但非常強的環境紅外線光源（例如陽光、白熾燈泡）可能會影響性能。在惡劣環境中可能需要遮罩或光學濾波。反射表面：
• 感測距離和可靠性取決於目標物體的反射率。白色或金屬表面提供最佳響應；深色或啞光表面可能需要縮小間隙距離。對準：

會聚的光軸定義了特定的感測間隙。物體必須在此間隙內通過才能可靠偵測。

11. 技術比較與優勢

• 與機械開關或其他光學感測器相比，ITR20001/T 提供了明顯的優勢：相較於機械開關：
• 提供非接觸式操作，消除了磨損，實現更高的開關速度，並提供靜音操作。不受接點彈跳影響。相較於基於光二極體的感測器：
• 整合的光電晶體提供電流增益，對於給定的光輸入產生更高的輸出電流，在簡單的開/關偵測電路中通常無需額外的放大級。相較於分離式發射器-偵測器對：

預先對準、封裝好的模組簡化了設計和組裝，確保了一致的光學對準，並節省了電路板空間。整合的黑色外殼最大限度地減少了內部串擾。

12. 常見問題（基於技術參數）

問：典型的感測距離是多少？

答：感測距離不是一個固定參數；它取決於紅外線發射器的驅動電流、目標物體的反射率以及光電晶體所需的輸出電流。設計人員應使用集極電流 vs. 輻照度圖和輻射強度 vs. 順向電流圖來計算特定間隙和反射率下的預期訊號。

問：我可以直接用電壓源驅動紅外線發射器嗎？_F答：不行。紅外線發射器是一個二極體，必須透過外部串聯電阻限制其電流，以防止過電流損壞，如絕對最大額定值（I

max = 50mA）所規定。

問：如何將輸出連接到微控制器？

答：最簡單的方法是將光電晶體用作開關。從集極連接一個上拉電阻（例如 10kΩ）到微控制器的邏輯電壓（例如 3.3V 或 5V）。將射極連接到地。當未偵測到物體時（暗態），集極節點將被拉高（邏輯 1）；當物體將光反射到光電晶體上使其導通時，集極節點將被拉低（邏輯 0）。

問：為什麼響應時間是用 100Ω 負載電阻指定的？_L答：開關速度受光電晶體接面電容和負載電阻（R_L）形成的 RC 時間常數影響。較小的 R_L（如 100Ω）提供更快的時間常數，允許測量元件的固有速度。在實際應用中，使用較大的 R

以獲得更高的電壓擺幅時，開關速度會較慢。

13. 工作原理_{ITR20001/T 基於調變光反射的原理運作。內部紅外線 LED 以 940nm 發射光。對此波長敏感的光電晶體被定位為在正常情況下（無物體存在）不會直接看到LED 的光束。其輸出保持在高阻抗/低電流狀態（暗電流）。當反射物體進入發射器與偵測器之間預定義的間隙時，它會將一部分紅外線光反射到光電晶體的有效區域上。此入射光在光電晶體中產生基極電流，使其導通並傳導顯著更高的集極電流（I}C(ON)

）。外部電路偵測到輸出接腳上的此電流/電壓變化，從而指示物體的存在。

14. 免責聲明與使用注意事項

• 必須遵守規格書中的關鍵免責聲明：
• 製造商保留調整產品材料的權利。
• 產品自出貨日期起 12 個月內符合已發布的規格。
• 圖表和典型值僅供參考，不具保證性。
• 不得超過絕對最大額定值。製造商對因誤用造成的損壞概不負責。