Fiche technique de l'interrupteur optique ITR8104 - Infrarouge 940nm - 5V/20mA - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR8104 est un module interrupteur optique compact conçu pour les applications de détection et de commutation sans contact. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge et un phototransistor NPN au silicium dans un seul boîtier thermoplastique noir. Les composants sont disposés côte à côte sur des axes optiques convergents. Dans son état normal, le phototransistor reçoit le rayonnement infrarouge émis par la LED. Lorsqu'un objet opaque interrompt le trajet lumineux entre l'émetteur et le détecteur, le phototransistor cesse de conduire, fournissant un signal de commutation clair.

Les principaux avantages de ce dispositif incluent un temps de réponse rapide, une haute sensibilité et une longueur d'onde d'émission de crête de 940 nm, située en dehors du spectre visible pour minimiser les interférences de la lumière ambiante. Le dispositif est fabriqué avec des matériaux sans plomb et est conforme aux réglementations environnementales pertinentes telles que RoHS et REACH de l'UE.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents.

• Entrée (LED IR) :
  • Dissipation de puissance (Pd) : 75 mW (à 25°C ou moins)
  • Tension inverse (VR) : 5 V
  • Courant direct (IF) : 50 mA
• Sortie (Phototransistor) :
  • Dissipation de puissance du collecteur (Pc) : 75 mW
  • Courant du collecteur (IC) : 20 mA
  • Tension collecteur-émetteur (BV_CEO) : 30 V
  • Tension émetteur-collecteur (BV_ECO) : 5 V
• Thermique :
  • Température de fonctionnement (T_opr) : -25°C à +85°C
  • Température de stockage (T_stg) : -40°C à +85°C
  • Température de soudage des broches (T_sol) : 260°C pendant ≤5 secondes (mesurée à 3 mm du boîtier)

2.2 Caractéristiques électro-optiques (T_a=25°C)

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques.

• Caractéristiques d'entrée (LED IR) :
  • Tension directe (V_F) : 1,2 V (Typique), 1,6 V (Maximum) à I_F=20 mA
  • Courant inverse (I_R) : 10 µA (Maximum) à V_R=5 V
  • Longueur d'onde de crête (λ_P) : 940 nm (Typique) à I_F=20 mA
• Caractéristiques de sortie (Phototransistor) :
  • Courant d'obscurité (I_CEO) : 100 nA (Maximum) à V_CE=20 V, E_e=0 mW/cm²
  • Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) : 0,4 V (Maximum) à I_C=0,5 mA, I_F=20 mA
  • Courant du collecteur (I_C(ON)) : 0,5 mA (Minimum) à V_CE=5 V, I_F=20 mA
  • Temps de montée (t_r) : 20 µs (Typique) à V_CE=5 V, I_C=1 mA, R_L=1 kΩ
  • Temps de descente (t_f) : 20 µs (Typique) à V_CE=5 V, I_C=1 mA, R_L=1 kΩ

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour les ingénieurs de conception.

3.1 Caractéristiques de la LED IR

Les graphiques illustrent la relation entre le courant direct et la température ambiante, montrant la dégradation nécessaire à des températures plus élevées pour rester dans les limites de puissance. La courbe de sensibilité spectrale confirme l'émission de crête à 940 nm. Un autre graphique montre la faible variation de la longueur d'onde d'émission de crête avec la température ambiante, généralement négligeable pour la plupart des applications.

3.2 Caractéristiques du phototransistor

Les graphiques clés incluent la relation entre le courant du collecteur et le courant direct (caractéristiques de transfert) à différentes températures, mettant en évidence la sensibilité du dispositif. Le graphique de la dissipation de puissance du collecteur en fonction de la température ambiante est crucial pour la gestion thermique, indiquant comment la puissance maximale admissible diminue lorsque la température ambiante augmente.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

L'ITR8104 est fourni dans un boîtier traversant standard. Les dimensions critiques incluent l'espacement des broches, la largeur du corps et la hauteur totale. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,3 mm sauf indication contraire. L'espacement des broches est mesuré au point où les broches émergent du corps du boîtier plastique.

4.2 Identification de la polarité et montage

Le dispositif a un brochage standard : l'anode et la cathode de la LED infrarouge, et le collecteur et l'émetteur du phototransistor. Le boîtier est généralement marqué ou façonné pour indiquer la broche 1. Lors du montage sur un PCB, les trous doivent être parfaitement alignés avec les positions des broches pour éviter d'imposer un stress mécanique sur le corps en époxy, ce qui pourrait dégrader les performances ou provoquer une défaillance.

5. Guide de soudage et d'assemblage

5.1 Façonnage des broches

• Le pliage doit être effectué à une distance supérieure à 3 mm du bas du corps en résine époxy.
• Le façonnage des broches doit être terminéavantle processus de soudage.
• Le cadre de broches doit être maintenu fermement pendant le pliage pour éviter tout stress sur le boîtier.
• La coupe des broches doit être effectuée à température ambiante.

5.2 Recommandations de soudage

Pour éviter les dommages thermiques, maintenez une distance minimale de 3 mm entre le joint de soudure et l'ampoule en époxy.

• Soudage manuel :Température de la pointe du fer : 300°C Max. (30W Max.). Temps de soudage : 3 secondes Max. par broche.
• Soudage à la vague/par immersion :Température de préchauffage : 100°C Max. (60 sec Max.). Température du bain de soudure : 260°C Max. Temps d'immersion : 5 secondes Max.
• Évitez un refroidissement rapide après le soudage. Laissez le dispositif revenir progressivement à température ambiante.
• Le soudage par immersion ou manuel ne doit pas être effectué plus d'une fois.

5.3 Profil de soudage recommandé

Le profil suggère un préchauffage progressif, un temps contrôlé au-dessus du liquidus (typiquement 260°C), et une vitesse de refroidissement contrôlée pour minimiser le choc thermique sur le composant.

6. Stockage et manipulation

• Stockage initial (après expédition) :10–30°C, ≤70% HR pendant jusqu'à 3 mois.
• Stockage à long terme (au-delà de 3 mois) :10–25°C, 20–60% HR dans un conteneur scellé avec une atmosphère d'azote pendant jusqu'à un an.
• Après ouverture de l'emballage :Conserver à 10–25°C, 20–60% HR. Utiliser dans les 24 heures ou dès que possible. Refermer rapidement les dispositifs non utilisés.
• Évitez les changements rapides de température dans des environnements à forte humidité pour prévenir la condensation.
• Nettoyage :Le nettoyage par ultrasons estdéconseillépour ce dispositif.

7. Emballage et informations de commande

7.1 Spécifications d'emballage

L'emballage standard est : 100 pièces par tube, 20 tubes par boîte, et 4 boîtes par carton.

7.2 Informations sur l'étiquette

L'étiquette du produit comprend des champs pour : Numéro de produit client (CPN), Numéro de produit (P/N), Quantité d'emballage (QTY), Classe d'intensité lumineuse (CAT), Classe de longueur d'onde dominante (HUE), Classe de tension directe (REF), Numéro de lot (LOT No.), et un code date/mois (X).

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Détection de position/vitesse :Dans les souris d'ordinateur, photocopieurs et lecteurs de disquettes pour détecter la rotation ou le mouvement linéaire.
• Commutation sans contact :Détection d'objets dans les distributeurs automatiques, systèmes de sécurité et automatisation industrielle.
• Détection de bord :Dans les imprimantes et scanners pour détecter la présence de papier ou les bords du support.
• Montage direct sur carte :Adapté aux applications PCB traversantes où une commutation isolée et fiable est requise.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance en série avec la LED IR pour limiter le courant direct (I_F) à la valeur souhaitée, typiquement 20 mA ou moins pour une fiabilité à long terme.
• Résistance de charge :Une résistance de tirage est généralement connectée entre le collecteur du phototransistor et la tension d'alimentation (V_CC). Sa valeur (par ex. 1 kΩ) affecte l'excursion de tension de sortie et la vitesse de commutation.
• Lumière ambiante :Bien que le filtre 940 nm aide, concevoir une barrière physique ou un boîtier pour protéger le capteur des sources IR ambiantes directes (comme la lumière du soleil ou les ampoules à incandescence) améliore la fiabilité.
• Temps de réponse :Pour les applications à haute vitesse, tenez compte du temps de montée/descente typique de 20 µs et assurez-vous que le circuit d'attaque peut l'accommoder.
• Gestion thermique :Respectez les courbes de dégradation de puissance, en particulier dans les environnements à température ambiante élevée.

9. Comparaison et différenciation technique

L'ITR8104 offre un ensemble équilibré de caractéristiques. Sa longueur d'onde de 940 nm offre une bonne immunité au bruit de la lumière visible. La conception côte à côte avec axes convergents offre un espace de détection bien défini, le rendant adapté à la détection de bord et au positionnement précis d'objets. Le temps de réponse rapide de 20 µs permet une utilisation dans des applications de comptage ou d'encodage à vitesse modérée. Le boîtier traversant offre une fixation mécanique robuste pour les applications soumises aux vibrations. Comparé aux capteurs réfléchissants, les interrupteurs optiques fournissent un signal marche/arrêt plus définitif car ils ne sont pas affectés par la réflectivité de l'objet cible.

10. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

10.1 Quel est le courant de fonctionnement typique de la LED IR ?

Les caractéristiques électro-optiques sont spécifiées à I_F= 20 mA, ce qui est un point de fonctionnement courant et fiable. Il peut être poussé jusqu'au maximum absolu de 50 mA pour une sortie plus élevée, mais cela nécessite une gestion thermique minutieuse et peut réduire la fiabilité à long terme.

10.2 Quelle est la sensibilité du phototransistor ?

Le paramètre clé est I_C(ON), qui est garanti d'être au moins de 0,5 mA lorsque la LED IR est alimentée avec 20 mA et V_CE=5 V. Cela fournit un signal solide pour les interfaces de commutation numérique avec une résistance de tirage appropriée.

10.3 Puis-je l'utiliser pour détecter des objets transparents ?

Non. L'ITR8104 est conçu pour détecter des objets opaques qui interrompent complètement le faisceau infrarouge. Les matériaux transparents ou translucides peuvent laisser passer suffisamment de lumière IR, empêchant le phototransistor de s'éteindre complètement.

10.4 Quel est l'espacement recommandé entre l'émetteur et le détecteur pour un objet ?

La fiche technique ne spécifie pas d'espacement maximum. L'espacement effectif est déterminé par l'alignement et l'intensité de la LED IR. Pour un fonctionnement fiable, l'objet doit occuper entièrement le trajet optique convergent entre les deux éléments. La distance de détection typique est de quelques millimètres, définie par le boîtier mécanique.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Détection de bourrage papier dans une imprimante
Un ITR8104 est monté en travers du chemin du papier. Une broche de microcontrôleur pilote la LED IR via une résistance de 150 Ω (limitant I_Fà ~20 mA à 3,3 V). Le collecteur du phototransistor est connecté à la broche d'entrée numérique du microcontrôleur via une résistance de tirage de 4,7 kΩ à 3,3 V. Dans l'état "papier présent", le papier bloque le faisceau, le phototransistor est éteint, et la broche d'entrée lit HAUT via la résistance de tirage. Lorsque le chemin du papier est dégagé, la lumière IR atteint le phototransistor, l'allumant et tirant la broche d'entrée à BAS. Le microcontrôleur surveille cette broche. Un état HAUT persistant lorsque du papier est attendu indique un bourrage ou un mauvais acheminement. Le temps de réponse rapide assure une détection rapide du bourrage, et la longueur d'onde de 940 nm empêche les déclenchements intempestifs dus à l'éclairage de la pièce.

12. Principe de fonctionnement

L'ITR8104 fonctionne sur le principe de la détection de lumière modulée. Une LED infrarouge émet des photons à une longueur d'onde de 940 nm. Un phototransistor au silicium, positionné en face de la LED, agit comme récepteur. Lorsque des photons d'énergie suffisante frappent la région de base du phototransistor, ils génèrent des paires électron-trou. Ce courant photogénéré agit comme courant de base, provoquant la conduction d'un courant de collecteur beaucoup plus important par le transistor (effet photovoltaïque combiné à l'amplification du transistor). La présence d'un objet opaque dans le trajet lumineux empêche les photons d'atteindre le phototransistor, éliminant le courant de base et éteignant le transistor. Cela crée un signal de sortie numérique corrélé à la présence ou à l'absence de l'objet.

13. Tendances technologiques

Les interrupteurs optiques restent des composants fondamentaux dans les systèmes électromécaniques. Les tendances actuelles se concentrent sur la miniaturisation (boîtiers CMS plus petits), l'intégration de circuits de conditionnement de signal supplémentaires (comme des déclencheurs de Schmitt ou des amplificateurs) dans le boîtier pour fournir une sortie numérique plus propre, et une résistance améliorée aux contaminants environnementaux. Il y a également une tendance vers des variantes à plus haute vitesse pour les applications d'encodage avancées. Le principe fondamental de l'interruption optique reste robuste en raison de son isolation électrique, de sa nature sans contact et de sa fiabilité par rapport aux commutateurs purement mécaniques.