ITR20002 光遮斷器規格書 - 側視型封裝 - 940nm 波長 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述 ITR20002 是一款緊湊的側視型紅外光遮斷器模組。它將一個紅外線發光二極體和一個 NPN 矽光電晶體並排安裝在黑色熱塑性塑膠外殼內的一條會聚光軸上。此配置專為物體偵測、位置感測和非接觸式開關應用而設計，透過阻斷發射器與偵測器之間的紅外光束路徑來實現。

1. 產品概述 ITR20002 是一款緊湊的側視型紅外光遮斷器模組。它將一個紅外線發光二極體和一個 NPN 矽光電晶體並排安裝在黑色熱塑性塑膠外殼內的一條會聚光軸上。此配置專為物體偵測、位置感測和非接觸式開關應用而設計，透過阻斷發射器與偵測器之間的紅外光束路徑來實現。

1.1 核心特色與優勢

• 快速響應時間：實現快速偵測與切換，適用於高速應用。
• 高靈敏度：矽光電晶體能可靠地偵測來自紅外線發射器的訊號。
• 特定截止波長：峰值發射波長 (λp) 為 940nm，針對紅外線感測進行優化，同時最大限度地減少可見光的干擾。
• 環境法規符合性：本產品為無鉛設計，符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準 (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)。
• 會聚光軸設計：並排、會聚的設計簡化了在元件間隙中進行物體偵測時的對準作業。

1.2 目標應用

此模組專為多種光電感測任務而設計，包括：

• 滑鼠與影印機機構，用於偵測移動或紙張存在。
• 軟碟機，用於感測磁片插入或磁軌位置。
• 通用非接觸式開關。
• 直接安裝於印刷電路板 (PCB) 上。

2. 技術參數詳解

本節對規格書中列出的關鍵電氣與光學參數提供詳細、客觀的解讀。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。不保證在此條件下操作。

• 輸入端 (紅外線 LED)：
  • 功率消耗 (Pd)：在 25°C 時為 100 mW。在較高的環境溫度下需要降額使用。
  • 反向電壓 (VR)：5 V。超過此值可能擊穿 LED 接面。
  • 順向電流 (IF)：連續 60 mA。
  • 峰值順向電流 (IFP)：在 1% 工作週期下，脈衝 ≤100μs 時可達 1 A。這允許短暫的高強度脈衝。
• 輸出端 (光電晶體)：
  • 集極功率消耗 (Pc)：80 mW。這限制了集極電流與電壓的組合。
  • 集極電流 (IC)：最大連續電流 20 mA。
  • 集極-射極電壓 (BV_CEO)：35 V。當基極開路時，可施加於電晶體兩端的最大電壓。
  • 射極-集極電壓 (BV_ECO)：6 V。射極與集極之間的最大反向電壓。
• 熱額定值：
  • 操作溫度 (T_opr)：-25°C 至 +85°C。
  • 儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +85°C。
  • 接腳焊接溫度 (T_sol)：距離封裝本體 1/16 英吋 (1.6mm) 處，260°C 持續 5 秒。

2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

這些是在指定測試條件下的典型操作參數。

• 輸入特性 (紅外線 LED)：
  • 順向電壓 (V_F)：在 I_F=20mA 時，典型值為 1.2V 至 1.5V。這對於設計限流驅動電路很重要。
  • 峰值波長 (λ_P)：940nm。這是紅外線 LED 發出最大光功率的波長。
• 輸出特性 (光電晶體)：
  • 暗電流 (I_CEO)：在 V_CE=20V 且無光照 (E_e=0) 時，最大為 100 nA。這是定義關閉狀態底噪的漏電流。
  • 集極-射極飽和電壓 (V_CE(sat))：在 I_C=0.04mA 且 I_F=40mA 時，最大為 0.4V。當電晶體用作開關時，低的 V_CE(sat)是理想的。
  • 集極電流 (I_C(ON))：在 V_CE=5V 且 I_F=20mA 時，範圍從 0.04mA 到 0.9mA。此參數（傳輸特性）定義了耦合器的靈敏度。寬範圍表示這是一個可能被分級的重要參數。
  • 上升/下降時間 (t_r/t_f)：在特定測試條件下 (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω)，典型值分別為 20μs 和 25μs。這些值決定了裝置的最大切換頻率。

3. 性能曲線分析

規格書中引用了紅外線發射器和光電晶體的典型特性曲線。雖然此處未複製確切的圖表，但會解釋其重要性。

3.1 紅外線發射器曲線

這些曲線通常說明在不同溫度下，順向電流 (I_F) 與順向電壓 (V_F) 之間的關係，顯示了 V_F的負溫度係數。它們也可能顯示相對輻射強度與順向電流的關係，以及角度輻射圖案，這對於理解側視型封裝中的光束擴散至關重要。

3.2 光電晶體曲線

這些曲線對於電路設計至關重要。通常包括：

• 集極電流 vs. 集極-射極電壓 (I_C-V_CE)：針對不同輻照度（或不同紅外線 LED 電流）的曲線族。這顯示了電晶體的輸出特性，有助於確定負載線。
• 集極電流 vs. 輻照度 (或 I_F)：此傳輸曲線量化了靈敏度，顯示在給定的輸入光強度下產生多少輸出電流。
• 暗電流 vs. 溫度：顯示漏電流如何隨溫度增加，這可能會影響高溫環境下的訊噪比。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

ITR20002 採用標準的側視型穿孔封裝。規格書中的尺寸圖提供了 PCB 佈局和機械整合的關鍵尺寸。主要特徵包括接腳間距、封裝本體尺寸以及光學孔徑的位置。註明除非尺寸圖上另有說明，否則公差為 ±0.25mm。

4.2 極性辨識

對於穿孔封裝，極性通常由封裝的物理形狀（平面或凹口）或接腳長度來指示。規格書的圖示應清楚標明紅外線 LED 的陽極和陰極，以及光電晶體的集極和射極。正確的極性對於裝置操作和防止損壞至關重要。

5. 應用與設計指南

5.1 典型應用電路

基本應用涉及使用連接到電壓源的限流電阻來驅動紅外線 LED。光電晶體通常以共射極配置連接：集極透過一個負載電阻 (R_L) 上拉到電源電壓，射極接地。輸出訊號取自集極。R_L的值會影響輸出電壓擺幅、速度和電流消耗。較小的 R_L提供更快的切換速度但電壓擺幅較小；較大的 R_L則提供較大的擺幅但響應較慢。

5.2 設計考量

• 對準：並排、會聚軸的設計意味著敏感的偵測區域位於發射器和偵測器之間的間隙中。為了可靠操作，物體路徑的精確機械對準是必要的。
• 抗環境光干擾：雖然外殼中的 940nm 濾光片有所幫助，但強烈的環境紅外光源（陽光、白熾燈泡）可能會使光電晶體飽和。使用調變的紅外線訊號和同步偵測可以大大改善抗干擾能力。
• 電流驅動：為了長期可靠性，請在建議的 I_F（例如 20mA）或以下操作紅外線 LED。以較高電流（在 I_FP限制內）脈衝驅動 LED 可以增加感測範圍或訊號強度。
• 輸出介面：光電晶體輸出可以直接饋入微控制器的數位輸入端（配合適當的上拉電阻），或在類比應用中饋入比較器以進行精確的閾值偵測。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 標籤規格

產品標籤包含以下代碼：

• CPN：客戶零件編號。
• P/N：製造商產品編號 (ITR20002)。
• QTY：包裝內數量。
• CAT / HUE / REF：這些可能是指內部用於參數分級的代碼，例如發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 和順向電壓 (REF)。
• LOT No：可追溯批號。

6.2 包裝規格

標準包裝為每袋 150 件，每盒 5 袋，每箱 10 盒。此資訊對於庫存規劃和生產線供料至關重要。

7. 技術比較與市場定位

ITR20002 代表了物體偵測領域一個經典且具成本效益的解決方案。其主要區別在於其特定的側視型機械外形和會聚光軸，專為偵測通過特定槽口或間隙的物體而設計。與反射式感測器相比，它提供了更高的可靠性和一致性，因為它較少依賴目標物體的反射率。與發射器和偵測器相對放置的穿透式感測器相比，它允許更緊湊的機械設計，物體在單一模組內阻斷光束。940nm 波長是一個常見標準，在元件可用性、成本和抗環境光干擾之間提供了良好的平衡。

8. 常見問題 (FAQ)

8.1 典型的感測距離或間隙是多少？

規格書將 I_C(ON)的測試條件指定為反射器距離 5mm。這表明該裝置針對極短距離偵測進行了優化，可能在幾毫米的範圍內。實際可用的間隙取決於紅外線 LED 的驅動電流、接收器電路的靈敏度以及所需的訊號餘量。

8.2 如何保護裝置免受電氣暫態影響？

對於紅外線 LED，一個簡單的串聯電阻通常就足夠了。對於在嘈雜環境中運作的光電晶體，可以考慮在集極和射極之間添加一個小電容（例如 1-10nF）以濾除高頻雜訊，但請注意這會減慢響應時間。對於惡劣的工業環境，可能需要在輸入/輸出線路上添加額外的外部箝位二極體或 TVS 二極體。

8.3 此元件是否可用於旋轉開槽圓盤的速度感測？

是的，這是一個常見的應用。最大切換頻率將受到上升/下降時間（典型值約 20-25μs）的限制，理論上允許頻率高達約 20 kHz。實際上，由於電路和工作週期的限制，頻率會更低。請確保圓盤上的槽口和間隙足夠寬，以使光電晶體能夠完全開啟和關閉。

9. 工作原理

ITR20002 基於穿透光遮斷的原理運作。內部的紅外線發光二極體 (IRED) 被施加順向偏壓，使其以 940nm 的峰值波長發光。位於會聚軸上的 NPN 矽光電晶體，在沒有任何物體阻擋路徑時，通常會接收到此輻射。具有足夠能量的光子撞擊光電晶體的基極區域，產生電子-電洞對。此光電流充當基極電流，然後被電晶體的電流增益 (beta) 放大，從而產生更大的集極電流。當一個不透明物體被放置在發射器和偵測器之間的間隙時，光路被阻斷。光電流停止，電晶體關閉，導致集極電流下降到非常低的值（暗電流）。集極電流的這種開/關變化提供了一個指示物體存在與否的數位訊號。

10. 免責聲明與可靠性注意事項

本技術文件提供的資訊基於原始規格書。製造商的主要免責聲明和注意事項包括：

• 規格和材料可能隨時變更。
• 產品自出貨之日起 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。
• 在絕對最大額定值之外操作可能導致永久性損壞。
• 未經明確授權，本產品不適用於安全關鍵、軍事、航空、汽車、醫療或生命維持應用。