Fiche technique de l'interrupteur optique ITR20001/T - Boîtier 4,0x4,0x2,5mm - Tension directe 1,2V - Longueur d'onde pic 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR20001/T est un module interrupteur optique à réflexion conçu pour les applications de détection sans contact. Il intègre une diode émettrice infrarouge et un phototransistor au silicium NPN dans un boîtier thermoplastique noir compact. Les composants sont positionnés côte à côte sur des axes optiques convergents. Dans son état par défaut, le phototransistor ne reçoit pas de rayonnement de l'émetteur. Lorsqu'un objet réfléchissant pénètre dans l'espace de détection, la lumière infrarouge de l'émetteur se réfléchit sur l'objet et est détectée par le phototransistor, provoquant un changement de son état de sortie. Ce principe permet une détection fiable d'objets et de position.

2. Caractéristiques principales et conformité

Le dispositif offre plusieurs avantages pour la conception électronique :

• Temps de réponse rapide :Permet une détection rapide adaptée aux applications haute vitesse.
• Haute sensibilité :Le phototransistor fournit un signal de sortie fort par rapport à l'éclairement énergétique d'entrée.
• Fonctionnement infrarouge :Présente une longueur d'onde d'émission pic (λp) de 940nm, invisible à l'œil nu, réduisant les interférences de la lumière ambiante.
• Conformité environnementale :Le produit est sans plomb, conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE, et est sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Sélection et construction du dispositif

Le module est construit avec des matériaux spécifiques pour une performance optimale :

• Émetteur infrarouge (IR) :Utilise une puce GaAlAs (Arséniure de Gallium Aluminium), logée derrière une lentille transparente pour une transmission infrarouge efficace.
• Phototransistor (PT) :Utilise une puce au Silicium, logée derrière une lentille noire pour filtrer la lumière visible et améliorer le rapport signal/bruit.

Le boîtier noir minimise les réflexions lumineuses internes (diaphonie) entre l'émetteur et le détecteur en l'absence d'objet, garantissant un état bloqué fiable.

4. Valeurs maximales absolues

Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents. Toutes les valeurs sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

4.1 Caractéristiques de l'entrée (Émetteur infrarouge)

• Puissance dissipée (Pd) :75 mW
• Tension inverse (VR) :5 V
• Courant direct continu (IF) :50 mA
• Courant direct de crête (IFP) :1 A (Largeur d'impulsion ≤100μs, Rapport cyclique=1%)

4.2 Caractéristiques de la sortie (Phototransistor)

• Puissance dissipée du collecteur (Pd) :75 mW
• Courant du collecteur (IC) :20 mA
• Tension collecteur-émetteur (BV_CEO) :30 V
• Tension émetteur-collecteur (BV_ECO) :5 V

4.3 Caractéristiques générales

• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +85°C
• Température de soudure des broches (T_sol) :260°C pendant 5 secondes (mesuré à 1/16 de pouce du corps du boîtier).

5. Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent la performance électrique et optique dans des conditions de test standard (Ta=25°C).

5.1 Caractéristiques de l'émetteur infrarouge (Entrée)

• Tension directe (V_F) :1,2 V (Typique) à I_F= 20mA. Maximum 1,5V.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 μA à V_R= 5V.
• Longueur d'onde pic (λ_P) :940 nm (Typique) à I_F= 20mA.

5.2 Caractéristiques du phototransistor (Sortie)

• Courant d'obscurité (I_CEO) :Maximum 100 nA à V_CE= 5V avec un éclairement énergétique nul (E_e=0). C'est le courant de fuite lorsque le capteur est bloqué.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) :Maximum 0,4 V à I_C= 2mA et un éclairement énergétique de 1 mW/cm². Un V_CE(sat)faible est souhaitable pour les applications de commutation.
• Courant du collecteur (Rapport de transfert) :
  • I_C(ON) : Minimum 200 μA à V_CE= 5V et I_F= 20mA. C'est le courant lorsqu'un objet est détecté.
  • I_C(OFF) : Maximum 2 μA dans les mêmes conditions, représentant le courant résiduel en l'absence d'objet.
• Vitesse de commutation :
  • Temps de montée (t_r) : 25 μs (Typique)
  • Temps de descente (t_f) : 25 μs (Typique) Mesuré avec V_CE=5V, I_C=100μA, et R_L=100Ω.

6. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit des données graphiques illustrant le comportement du dispositif dans diverses conditions.

6.1 Courbes de l'émetteur infrarouge

• Courant direct vs. Température ambiante :Montre la déclassement du courant direct maximal autorisé lorsque la température augmente.
• Sensibilité spectrale :Confirme la bande d'émission étroite centrée autour de 940nm.
• Longueur d'onde d'émission pic vs. Température :Illustre le léger décalage de la longueur d'onde pic avec la température.
• Courant direct vs. Tension directe (Courbe IV) :Fournit la relation pour calculer les valeurs de résistance série.
• Intensité rayonnante vs. Courant direct :Montre la puissance optique de sortie en fonction du courant de commande.
• Intensité rayonnante relative vs. Déplacement angulaire :Décrit le diagramme d'émission (profil du faisceau) de la LED IR.

6.2 Courbes du phototransistor

• Puissance dissipée du collecteur vs. Température ambiante :Fournit des directives de déclassement pour la gestion de puissance du phototransistor.
• Sensibilité spectrale :Montre la sensibilité du phototransistor en fonction des longueurs d'onde, avec un pic dans la région infrarouge pour correspondre à l'émetteur.
• Courant du collecteur relatif vs. Température ambiante :Indique comment la sensibilité du phototransistor change avec la température.
• Courant du collecteur vs. Éclairement énergétique :Un graphique clé montrant la relation linéaire entre la puissance lumineuse incidente et le courant de sortie, définissant la caractéristique de transfert du dispositif.
• Courant d'obscurité du collecteur vs. Température ambiante :Montre comment le courant de fuite augmente avec la température, important pour le fonctionnement à haute température.
• Courant du collecteur vs. Tension collecteur-émetteur :Courbes caractéristiques de sortie montrant le phototransistor fonctionnant dans ses régions active et de saturation sous différents niveaux d'éclairement énergétique.

7. Informations mécaniques et de boîtier

L'ITR20001/T est logé dans un boîtier compact compatible montage en surface.

7.1 Dimensions du boîtier

Les dimensions clés du dessin fourni sont approximativement 4,0mm de longueur, 4,0mm de largeur et 2,5mm de hauteur (broches exclues). L'espacement des broches est conçu pour un montage PCB standard. Une note critique spécifie une zone d'évaporation d'aluminium minimale de 10,0mm, se référant probablement à une zone d'exclusion recommandée ou à une fonction de dissipation thermique sur le PCB. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,25mm.

7.2 Identification de la polarité

Le boîtier inclut des marquages ou une forme spécifique pour identifier l'anode et la cathode de l'émetteur IR ainsi que le collecteur et l'émetteur du phototransistor. Les concepteurs doivent consulter le dessin dimensionnel pour des informations précises de brochage afin d'assurer un layout PCB et un assemblage corrects.

8. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le dispositif est conçu pour une soudure des broches à 260°C pendant 5 secondes, mesuré à 1/16 de pouce (environ 1,6mm) du corps du boîtier. Ceci est compatible avec les processus de soudure par refusion standard infrarouge (IR) ou convection utilisant une pâte à souder sans plomb (Sn-Ag-Cu). Il convient de suivre le profil de refusion recommandé pour éviter un choc thermique ou des dommages au boîtier plastique. Le dispositif doit être stocké dans un environnement sec et contrôlé avant utilisation.

9. Informations d'emballage et de commande

La spécification d'emballage standard est la suivante :

• 200 pièces par sachet.
• 6 sachets par boîte.
• 10 boîtes par carton.

L'étiquette du produit inclut des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de pièce fabricant (P/N), la quantité (QTY), et divers codes de classement pour l'intensité lumineuse (CAT), la longueur d'onde dominante (HUE) et la tension directe (REF). Un numéro de lot et un code date (identifié par 'X' pour le mois) sont également fournis pour la traçabilité.

10. Suggestions d'application

10.1 Scénarios d'application typiques

L'ITR20001/T est bien adapté à diverses applications de détection et de commutation sans contact, incluant :

• Mécanismes de souris et photocopieurs :Détection de la rotation de roue ou de disque codeur.
• Systèmes d'interrupteurs et scanners :Détection de présence d'objet pour portes automatiques, distributeurs automatiques ou détection de papier dans les imprimantes.
• Lecteurs de disquettes :Historiquement utilisé pour détecter la languette de protection en écriture ou l'insertion de disque.
• Commutation sans contact générale :Toute application nécessitant une détection d'objet, un comptage ou une détection de fin de course sans contact physique.
• Montage direct sur carte :Son boîtier CMS compact le rend idéal pour les conceptions PCB à espace limité.

10.2 Considérations de conception

• Résistance de limitation de courant :Une résistance série doit être utilisée avec l'émetteur IR pour limiter le courant direct (I_F) à une valeur sûre, typiquement 20mA pour un fonctionnement normal. Calculer en utilisant R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Résistance de charge :Une résistance de rappel (pull-up) est typiquement connectée entre le collecteur du phototransistor et la tension d'alimentation (V_CC). La valeur de cette résistance (R_L) détermine l'excursion de tension de sortie et la vitesse de commutation. Un R_Lplus petit offre une commutation plus rapide mais une variation de tension de sortie plus faible.
• Lumière ambiante :Bien que la lentille noire et le filtrage 940nm réduisent les interférences, des sources infrarouges ambiantes très fortes (ex. : soleil, ampoules à incandescence) peuvent affecter les performances. Un blindage ou un filtrage optique peut être nécessaire dans des environnements sévères.
• Surface réfléchissante :La distance de détection et la fiabilité dépendent de la réflectivité de l'objet cible. Les surfaces blanches ou métalliques offrent la meilleure réponse ; les surfaces sombres ou mates peuvent nécessiter des distances d'espacement réduites.
• Alignement :Les axes optiques convergents définissent un espace de détection spécifique. L'objet doit passer dans cet espace pour une détection fiable.

11. Comparaison technique et avantages

Comparé aux interrupteurs mécaniques ou autres capteurs optiques, l'ITR20001/T offre des avantages distincts :

• vs. Interrupteurs mécaniques :Offre un fonctionnement sans contact, éliminant l'usure, permettant des vitesses de commutation plus élevées et un fonctionnement silencieux. Il est insensible au rebond de contact.
• vs. Capteurs à base de photodiode :Le phototransistor intégré fournit un gain en courant, résultant en un courant de sortie plus élevé pour une entrée lumineuse donnée, éliminant souvent le besoin d'un étage amplificateur supplémentaire dans les circuits de détection simple marche/arrêt.
• vs. Paires émetteur-détecteur discrètes :Le module pré-aligné et logé simplifie la conception et l'assemblage, garantit un alignement optique cohérent et économise de l'espace sur la carte. Le boîtier noir intégré minimise la diaphonie interne.

12. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q : Quelle est la distance de détection typique ?

R : La distance de détection n'est pas un paramètre fixe ; elle dépend du courant de commande de l'émetteur IR, de la réflectivité de l'objet cible et du courant de sortie requis du phototransistor. Les concepteurs doivent utiliser le graphique "Courant du collecteur vs. Éclairement énergétique" et le graphique "Intensité rayonnante vs. Courant direct" pour calculer le signal attendu pour un espacement et une réflectivité spécifiques.

Q : Puis-je alimenter l'émetteur IR directement avec une source de tension ?

R : Non. L'émetteur IR est une diode et son courant doit être limité par une résistance série externe pour éviter les dommages dus au surcourant, comme spécifié dans les Valeurs Maximales Absolues (I_Fmax = 50mA).

Q : Comment interfacer la sortie avec un microcontrôleur ?

R : La méthode la plus simple est d'utiliser le phototransistor comme un interrupteur. Connectez une résistance de rappel (ex. : 10kΩ) du collecteur à la tension logique du microcontrôleur (ex. : 3,3V ou 5V). Connectez l'émetteur à la masse. Le nœud collecteur sera tiré à l'état haut (logique 1) lorsqu'aucun objet n'est détecté (obscurité) et sera tiré à l'état bas (logique 0) lorsqu'un objet réfléchit la lumière sur le phototransistor, le mettant en conduction.

Q : Pourquoi le temps de réponse est-il spécifié avec une résistance de charge de 100Ω ?

R : La vitesse de commutation est affectée par la constante de temps RC formée par la capacité de jonction du phototransistor et la résistance de charge (R_L). Un R_Lplus petit (comme 100Ω) donne une constante de temps plus rapide, permettant de mesurer la vitesse intrinsèque du dispositif. Dans une application réelle avec un R_Lplus grand pour une excursion de tension plus élevée, la vitesse de commutation sera plus lente.

13. Principe de fonctionnement

L'ITR20001/T fonctionne sur le principe de la réflexion de lumière modulée. La LED infrarouge interne émet de la lumière à 940nm. Le phototransistor, sensible à cette longueur d'onde, est positionné de manière à ne pas "voir" directement le faisceau lumineux de la LED dans des conditions normales (aucun objet présent). Sa sortie reste dans un état haute impédance/faible courant (courant d'obscurité). Lorsqu'un objet réfléchissant pénètre dans l'espace prédéfini entre l'émetteur et le détecteur, il réfléchit une partie de la lumière infrarouge sur la zone active du phototransistor. Cette lumière incidente génère un courant de base dans le phototransistor, le faisant conduire et générant un courant de collecteur significativement plus élevé (I_C(ON)). Ce changement de courant/tension sur les broches de sortie est détecté par le circuit externe, signalant la présence de l'objet.

14. Clause de non-responsabilité et notes d'utilisation

Les clauses de non-responsabilité critiques de la fiche technique doivent être respectées :

• Le fabricant se réserve le droit d'ajuster les matériaux du produit.
• Le produit répond aux spécifications publiées pendant 12 mois à compter de la date d'expédition.
• Les graphiques et valeurs typiques sont fournis à titre indicatif uniquement et ne sont pas garantis.
• Les Valeurs Maximales Absolues ne doivent pas être dépassées. Le fabricant décline toute responsabilité pour les dommages résultant d'une mauvaise utilisation.
• Le produit n'est pas destiné à être utilisé dans des applications critiques pour la sécurité, militaires, aéronautiques, automobiles, médicales ou de maintien de la vie sans consultation et approbation préalables.