Fiche technique du capteur optique réfléchissant ITR8307/L24/TR8 - Sans plomb, conforme RoHS, REACH - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR8307/L24/TR8 est un interrupteur optique réfléchissant compact à montage en surface, conçu pour les applications de détection à courte distance. Il intègre un émetteur à diode électroluminescente (LED) infrarouge (IR) en GaAs et un récepteur phototransistor au silicium NPN à haute sensibilité dans un seul boîtier plastique côte à côte. Cette configuration lui permet de détecter la présence ou l'absence d'une surface réfléchissante en mesurant l'intensité de la lumière IR réfléchie vers le récepteur.

Le dispositif se caractérise par son temps de réponse rapide, sa haute sensibilité à la lumière infrarouge et une réponse spectrale qui coupe les longueurs d'onde visibles, le rendant insensible aux interférences de la lumière ambiante visible. Il est fabriqué sans plomb, conforme aux directives européennes RoHS et REACH, et répond aux exigences sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de ce capteur incluent son profil fin, son empreinte compacte et sa réponse optique rapide, qui sont essentiels pour les applications à espace limité et à haute vitesse. Sa conception le rend adapté à divers équipements électroniques grand public et à micro-ordinateurs où une détection d'objet fiable et sans contact est requise.

Les applications cibles typiques incluent la détection de position dans des appareils tels que les appareils photo numériques (pour la détection d'objectif ou de cache), les magnétoscopes, les lecteurs de disquettes, les enregistreurs à cassette et autres systèmes de contrôle automatisé.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Limites absolues

Le dispositif ne doit pas être utilisé au-delà de ces limites pour éviter des dommages permanents. Les limites clés incluent une dissipation de puissance d'entrée (LED) de 75 mW à une température d'air libre de 25°C, un courant direct maximal (IF) de 50 mA, et un courant direct de crête (IFP) de 1 A pour des impulsions ≤100μs avec un cycle de service de 1%. Pour la sortie (phototransistor), la dissipation de puissance maximale du collecteur est de 75 mW, le courant de collecteur (IC) est de 50 mA, et la tension collecteur-émetteur (BV_CEO) est de 30 V. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_a) de 25°C et définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

2.2.1 Caractéristiques de l'entrée (LED IR)

• Tension directe (V_F):Typiquement 1,2 V à un courant direct (I_F) de 20 mA, avec un maximum de 1,6 V. Ceci est crucial pour la conception du circuit de commande de la LED.
• Longueur d'onde de crête (λ_P):940 nm, plaçant son émission fermement dans le spectre du proche infrarouge.

2.2.2 Caractéristiques de la sortie (Phototransistor)

• Courant d'obscurité (I_CEO):Le courant de fuite lorsqu'aucune lumière n'incide, avec un maximum de 100 nA à V_CE=10V. Une valeur plus basse indique une meilleure performance à l'état bloqué.
• Courant sous éclairement (I_C(ON)):Le courant de collecteur lorsque la LED est active et que la lumière est réfléchie sur le récepteur. Il a une large plage de 0,5 mA à 15,0 mA dans les conditions de test V_CE=2V et I_F=4mA. Ce paramètre dépend fortement de la réflectivité et de la distance de l'objet cible.
• Temps de montée/descente (t_r, t_f):Typiquement 20 μsec chacun, définissant la vitesse de commutation du capteur.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant la relation entre les paramètres clés dans des conditions variables. Ceux-ci sont essentiels pour comprendre le comportement réel au-delà du point typique de 25°C.

3.1 Caractéristiques de la LED IR

Les courbes montrent comment le courant direct varie avec la température ambiante et la tension directe. La tension directe a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue lorsque la température augmente. La courbe de distribution spectrale confirme l'émission de crête à 940 nm, la longueur d'onde de crête elle-même se déplaçant légèrement avec la température.

3.2 Caractéristiques du phototransistor

Les courbes importantes incluent le Courant d'obscurité du collecteur en fonction de la Température ambiante (augmentant exponentiellement avec la température), le Courant du collecteur en fonction de l'Éclairement (montrant la réponse du phototransistor à l'intensité lumineuse), et le Courant du collecteur en fonction de la Tension collecteur-émetteur. La courbe de sensibilité spectrale montre que le récepteur est le plus sensible à la lumière infrarouge autour de 800-900 nm, bien adaptée à la sortie de 940 nm de la LED.

3.3 Caractéristiques du capteur complet (ITR)

Ces graphiques modélisent le comportement du capteur dans une configuration réfléchissante pratique. Lacourbe du Courant de collecteur relatif en fonction de la Distanceest cruciale pour la conception du système, montrant comment le signal de sortie décroît à mesure que l'écart entre le capteur et une surface réfléchissante (comme du verre évaporé à l'aluminium) augmente. Une autre courbe montre la variation de sortie lorsqu'une carte se déplace dans le champ de vision du capteur, utile pour la détection de bord ou de fente. Le graphique Temps de réponse en fonction de la Résistance de charge aide à sélectionner une résistance de rappel appropriée pour optimiser la vitesse.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est fourni dans un boîtier compact pour montage en surface. La fiche technique fournit des dessins dimensionnels détaillés avec des mesures critiques telles que la longueur totale, la largeur, la hauteur, l'espacement des broches et les dimensions des pastilles. Toutes les tolérances sont typiquement de ±0,1 mm sauf indication contraire. Les ingénieurs doivent se référer à ces dessins exacts pour la conception de l'empreinte PCB afin d'assurer un soudage et un alignement mécanique corrects.

4.2 Identification de la polarité

Le boîtier inclut des marquages ou une forme spécifique pour indiquer la broche 1. L'orientation correcte pendant l'assemblage est vitale, car une connexion inversée peut endommager le dispositif. Le brochage identifie l'anode et la cathode de la LED IR ainsi que le collecteur et l'émetteur du phototransistor.

5. Recommandations de soudage, assemblage et stockage

5.1 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le dispositif est classé Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) 4. Les instructions clés de manipulation incluent :

• Durée de conservation dans le sac barrière d'humidité scellé d'origine : 12 mois à <40°C et <90% HR.
• Après ouverture du sac, les dispositifs doivent être montés dans les 72 heures s'ils sont stockés dans des conditions d'usine (<30°C/60%HR), ou stockés dans un environnement sec (<20% HR).
• Si la Carte Indicateur d'Humidité (HIC) dépasse 20% HR, un séchage est requis avant le soudage par refusion (par exemple, 24 heures à 125°C).

5.2 Conditions de soudage par refusion

Un profil de température de refusion sans plomb recommandé est fourni. Les précautions clés incluent :

• Limiter le soudage par refusion à un maximum de deux cycles.
• Éviter les contraintes mécaniques sur le boîtier pendant le chauffage.
• Empêcher la déformation du PCB après soudage.

5.3 Réparation

La réparation après soudage est déconseillée. Si elle est inévitable, un fer à souder à double tête doit être utilisé pour chauffer simultanément les deux côtés du composant, minimisant ainsi la contrainte thermique. L'impact potentiel sur les caractéristiques du dispositif doit être évalué au préalable.

6. Informations d'emballage et de commande

6.1 Spécifications d'emballage

Le flux d'emballage standard est : 1000 pièces par bobine, 15 bobines par boîte, et 2 boîtes par carton.

6.2 Dimensions de la bande et de la bobine

Des dessins détaillés pour la bande porteuse (dimensions des poches, pas) et la bobine (diamètre, taille du moyeu) sont fournis pour une utilisation dans la programmation des machines de placement automatique.

6.3 Spécification de l'étiquette

Les étiquettes d'emballage incluent des champs pour le Numéro de pièce client (CPN), le Numéro de produit (P/N), la Quantité (QTY) et le Numéro de lot (LOT No.), entre autres, pour la traçabilité.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

Un circuit d'application de base implique de connecter une résistance limitatrice de courant en série avec l'anode de la LED IR. Le phototransistor est typiquement connecté avec le collecteur à une résistance de rappel (V_CC) et l'émetteur à la masse. La tension au nœud du collecteur sert de signal de sortie numérique ou analogique. La valeur de la résistance de rappel (R_L) affecte à la fois l'amplitude de la tension de sortie et le temps de réponse, comme le montrent les courbes de la fiche technique.

7.2 Considérations de conception

• Réflectivité de l'objet :La sortie du capteur (I_C(ON)) est directement proportionnelle à la réflectivité de la surface cible. Les matériaux hautement réfléchissants (par exemple, plastique blanc, métal) fournissent un signal fort, tandis que les matériaux sombres ou absorbants peuvent ne pas le faire.
• Distance et alignement :La distance de détection est courte (typiquement quelques millimètres). Un alignement mécanique précis entre le capteur et le trajet de la cible est crucial pour un fonctionnement cohérent.
• Immunité à la lumière ambiante :Bien que la sensibilité spectrale du récepteur coupe la lumière visible, des sources infrarouges ambiantes fortes (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence) peuvent causer des interférences. Un blindage optique ou des techniques de modulation/démodulation peuvent être nécessaires dans de tels environnements.
• Bruit électrique :Dans des environnements bruyants, il est recommandé d'utiliser des condensateurs de découplage près du dispositif et une conception de PCB soignée.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé à des phototransistors ou photodiodes plus simples, l'ITR8307 intègre à la fois l'émetteur et le récepteur, simplifiant la conception et l'alignement optiques. Par rapport aux capteurs transmissifs (qui nécessitent qu'un objet interrompe un faisceau entre des composants séparés), les capteurs réfléchissants permettent une conception mécanique plus simple avec la détection d'un seul côté de l'objet. Ses principaux points de différenciation sont son boîtier SMD compact, sa conformité aux réglementations environnementales modernes (sans plomb, sans halogène) et ses performances bien documentées sur toute la plage de température.

9. Questions fréquemment posées (FAQ) basées sur les paramètres techniques

Q : Quelle est la distance de détection typique ?

R : La distance n'est pas une spécification fixe mais dépend de la réflectivité de la cible et du courant de sortie requis. Le graphique "Courant de collecteur relatif en fonction de la Distance" montre que le signal décroît significativement au-delà de 1-2 mm pour une surface réfléchissante standard. Concevez pour la distance fiable la plus courte.

Q : Puis-je alimenter la LED directement avec une source de tension ?

R : Non. Une LED est un dispositif piloté en courant. Vous devez utiliser une résistance limitatrice de courant en série pour régler le courant direct (I_F) à la valeur souhaitée (par exemple, 20 mA) en fonction de votre tension d'alimentation (V_CC) et de la tension directe de la LED (V_F≈ 1,2V). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F.

Q : Pourquoi y a-t-il une si large plage pour le Courant sous éclairement (0,5 à 15,0 mA) ?

R : Cette plage tient compte des variations normales de fabrication à la fois de la puissance de sortie de la LED et de la sensibilité du phototransistor. Elle souligne également la forte dépendance de ce paramètre à la cible réfléchissante spécifique et à la distance dans l'application. Les conceptions de circuit doivent s'adapter à cette plage, souvent en utilisant un comparateur avec un seuil ajustable plutôt que de s'appuyer sur une valeur de courant absolue.

Q : Comment interpréter le classement MSL 4 ?

R : MSL 4 signifie que le boîtier peut absorber des niveaux d'humidité dommageables de l'air après 72 heures d'exposition aux conditions standard d'atelier. Pour éviter l'effet "pop-corn" ou la délaminage pendant le processus de refusion à haute température, vous devez suivre les strictes directives de stockage, manipulation et séchage décrites dans la section 5.1.

10. Exemple d'application pratique

Scénario : Détection de papier dans une imprimante.

Le capteur peut être monté près du chemin d'alimentation en papier. Une bande réfléchissante est placée sur un rouleau ou une surface fixe en face de l'emplacement du capteur. Lorsqu'il n'y a pas de papier, la lumière IR se réfléchit sur la bande vers le récepteur, générant une sortie élevée (logique HAUT). Lorsqu'une feuille de papier passe entre le capteur et la bande, elle bloque ou réduit significativement la lumière réfléchie, provoquant une chute de la sortie (logique BAS). Cette transition peut être détectée par un microcontrôleur pour confirmer la présence de papier, détecter les bourrages ou compter les pages. Le temps de réponse rapide (20 μs) permet une détection même à des vitesses d'alimentation en papier élevées.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de la réflexion de lumière modulée. La LED IR interne émet un faisceau de lumière infrarouge de 940 nm. Cette lumière se propage vers l'extérieur depuis le boîtier. Si un objet réfléchissant se trouve à courte portée et dans le champ de vision à la fois de la LED et du phototransistor, une partie de la lumière émise sera réfléchie. Le phototransistor NPN agit comme une source de courant commandée par la lumière. Lorsque les photons infrarouges réfléchis frappent sa région de base, ils génèrent des paires électron-trou, créant effectivement un courant de base. Ce courant de base est amplifié par le gain du transistor, résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important (I_C). L'amplitude de ce courant de collecteur est proportionnelle à l'intensité de la lumière réfléchie, qui dépend à son tour de la distance et de la réflectivité de l'objet cible. En surveillant I_C(ou la tension aux bornes d'une résistance de charge), le système peut déterminer la présence ou la proximité de l'objet.

12. Tendances technologiques

Les capteurs optiques réfléchissants comme l'ITR8307 représentent une technologie mature et fiable pour la détection d'objets à courte portée et à faible coût. Les tendances actuelles dans le domaine incluent une miniaturisation accrue des boîtiers pour s'adapter à des appareils grand public toujours plus petits, l'intégration de circuits de conditionnement de signal (amplificateurs, déclencheurs de Schmitt, interfaces numériques) dans le même boîtier pour simplifier la conception du système et améliorer l'immunité au bruit, et le développement de capteurs à consommation d'énergie encore plus faible pour les dispositifs IoT alimentés par batterie. Il y a également une volonté continue d'obtenir une sensibilité plus élevée et un meilleur rejet de la lumière ambiante grâce à une conception optique et des techniques de filtrage améliorées.