Fiche technique ITR9909 - Interrupteur optique - Boîtier 4.0mm - Longueur d'onde 940nm - Document technique FR - Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le ITR9909 est un module interrupteur optique compact conçu pour les applications de détection sans contact. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (IRED) et un phototransistor NPN au silicium dans un seul boîtier thermoplastique noir. Les composants sont positionnés côte à côte sur des axes optiques convergents. Le principe de fonctionnement fondamental implique que le phototransistor reçoit normalement le rayonnement de l'émetteur IR co-localisé. Lorsqu'un objet opaque passe dans l'espace entre eux, il interrompt ce faisceau infrarouge, provoquant un changement détectable dans l'état de sortie du phototransistor, permettant ainsi la détection d'objets, la détection de position ou des fonctions de commutation.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

• Temps de réponse rapide :Permet la détection d'objets en mouvement rapide.
• Haute sensibilité :Le phototransistor au silicium fournit une réponse électrique forte à la lumière infrarouge.
• Longueur d'onde spécifique :L'IRED émet à une longueur d'onde de crête (λp) de 940nm, invisible à l'œil nu et contribuant à atténuer les interférences de la lumière ambiante visible.
• Conformité environnementale :Le dispositif est fabriqué sans plomb, conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Intégration compacte :Le boîtier combiné simplifie la conception et l'assemblage de la carte de circuit imprimé pour les applications de détection à fente.

1.2 Applications cibles

Le ITR9909 convient à diverses applications nécessitant une détection fiable et sans contact :

• Codeurs rotatifs et capteurs de position dans les souris d'ordinateur et les photocopieurs.
• Détection de papier et détection de bord dans les scanners et imprimantes.
• Détection de présence de disque dans les lecteurs de disquettes et autres lecteurs de supports.
• Commutations sans contact à usage général.
• Détection au niveau de la carte où un montage direct est requis.

2. Spécifications techniques et analyse approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents. Toutes les spécifications sont à Ta=25°C sauf indication contraire.

• Entrée (IRED) :
  • Dissipation de puissance (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, Cycle de service 1%)
• Sortie (Phototransistor) :
  • Dissipation de puissance du collecteur (Pd) : 75 mW
  • Courant de collecteur (IC) : 50 mA
  • Tension collecteur-émetteur (BV_CEO) : 30 V
  • Tension émetteur-collecteur (BV_ECO) : 5 V
• Environnement :
  • Température de fonctionnement (T_opr) : -25°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 (1/16 de pouce du corps)

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les paramètres de performance typiques à Ta=25°C définissent le comportement opérationnel du dispositif.

• Caractéristiques d'entrée (IRED) :
  • Tension directe (V_F) : Typiquement 1,2V à IF=20mA (Max 1,5V). Augmente avec des courants pulsés plus élevés.
  • Longueur d'onde de crête (λ_P) : 940 nm (typique) lorsqu'il est piloté à 20mA.
• Caractéristiques de sortie (Phototransistor) :
  • Courant d'obscurité (I_CEO) : Maximum 100 nA à V_CE=20V dans l'obscurité totale. C'est le courant de fuite qui définit le bruit de fond de l'état \"off\".
  • Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) : Maximum 0,4V à I_C=2mA sous un éclairement suffisant (1mW/cm²). Un V_CE(sat) faible est souhaitable pour une commutation numérique propre.
  • Courant de collecteur (I_C(ON)) : Minimum 200 µA à V_CE=5V et I_F=20mA. C'est le photocurant minimum garanti dans des conditions de test standard.
• Caractéristiques dynamiques :
  • Temps de montée (t_r) & Temps de descente (t_f) : Typiquement 15 µs chacun. Ces paramètres, mesurés dans des conditions de charge spécifiques (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ), déterminent la fréquence de commutation maximale que le dispositif peut gérer de manière fiable.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant les relations clés entre les paramètres de fonctionnement. Ces courbes sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

3.1 Courbes de l'émetteur infrarouge (IRED)

• Courant direct vs Température ambiante :Montre la déclassement du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente au-dessus de 25°C.
• Sensibilité spectrale :Un tracé de l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde, culminant à 940nm et montrant la bande passante étroite de l'émetteur.
• Intensité rayonnante relative vs Courant direct :Démontre la relation non linéaire entre le courant de commande et la sortie lumineuse, qui tend à saturer à des courants plus élevés.
• Intensité rayonnante relative vs Déplacement angulaire :Illustre le diagramme d'émission ou l'angle de vision de l'IRED, crucial pour l'alignement optique.

3.2 Courbes du phototransistor (PT)

• Dissipation de puissance du collecteur vs Température ambiante :Fournit la courbe de déclassement de puissance pour la sortie du phototransistor.
• Sensibilité spectrale :Montre la réponse du phototransistor en fonction des longueurs d'onde, avec une sensibilité de crête typiquement dans la région du proche infrarouge, correspondant à l'émetteur 940nm.
• Courant de collecteur relatif vs Température ambiante :Indique comment le gain ou la réponse du phototransistor change avec la température.
• Courant de collecteur vs Éclairement :Une courbe fondamentale montrant la relation linéaire (ou quasi-linéaire) entre la puissance lumineuse incidente (éclairement) sur le phototransistor et le courant de collecteur résultant.
• Courant d'obscurité du collecteur vs Température ambiante :Montre comment le courant de fuite (I_CEO) augmente de façon exponentielle avec la température, ce qui peut affecter le rapport signal/bruit dans les applications à haute température.
• Courant de collecteur vs Tension collecteur-émetteur :Semblable à une caractéristique de sortie d'un transistor, montrant les régions de fonctionnement pour différents niveaux d'éclairement.

3.3 Courbe du module complet (ITR)

• Courant de collecteur relatif vs Distance entre capteurs :Il s'agit d'une courbe critique au niveau système. Elle montre comment le signal reçu (courant de collecteur) varie lorsque la distance entre l'objet interrupteur et l'espace du capteur change. Elle définit la plage de détection effective et la relation entre la position de l'objet et l'intensité du signal de sortie.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le ITR9909 est fourni dans un boîtier traversant standard. Les dimensions clés du dessin incluent :

• La largeur et la hauteur globales du corps définissant la taille de la fente.
• L'espacement et le diamètre des broches pour le montage sur carte de circuit imprimé.
• La largeur de l'espace entre l'IRED interne et le phototransistor, qui détermine la taille de l'objet pouvant être détecté.
• Le dessin dimensionnel spécifie une tolérance standard de ±0,25mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de la polarité

Le dispositif utilise une configuration de brochage standard commune à de nombreux interrupteurs optiques : Anode et Cathode pour l'entrée IRED, et Collecteur et Émetteur pour la sortie du phototransistor. Le boîtier comporte généralement un marquage ou une encoche pour indiquer la broche 1.

5. Directives d'assemblage et de manipulation

5.1 Recommandations de soudure

La valeur maximale absolue spécifie que les broches peuvent être soudées à 260°C pendant un maximum de 5 secondes, à condition que le point de soudure soit à au moins 1/16 de pouce (environ 1,6mm) du corps en plastique. Ceci afin d'éviter les dommages thermiques au boîtier en époxy et aux liaisons internes. Pour la soudure à la vague ou par refusion, les profils standard pour les composants traversants avec des limites thermiques similaires doivent être suivis.

5.2 Stockage et manipulation

Le dispositif doit être stocké dans la plage de température spécifiée de -40°C à +85°C dans un environnement sec. Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées lors de la manipulation, car les composants semi-conducteurs à l'intérieur sont sensibles aux dommages causés par l'électricité statique.

6. Informations sur l'emballage et la commande

6.1 Spécification d'emballage

La quantité d'emballage standard est la suivante :

• 150 pièces par sachet.
• 5 sachets par boîte.
• 10 boîtes par carton.

6.2 Informations sur l'étiquette

L'étiquette du produit comprend plusieurs codes pour la traçabilité et la spécification :

• CPN :Numéro de produit du client.
• P/N :Numéro de produit du fabricant (par exemple, ITR9909).
• QTY :Quantité dans l'emballage.
• CAT, HUE, REF :Ces codes font probablement référence à des codes de classement internes pour des paramètres comme le rang d'intensité lumineuse, le rang de longueur d'onde dominante et le rang de tension directe, bien que les détails spécifiques de classement ne soient pas fournis dans cet extrait de fiche technique.
• LOT No :Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Conception de circuit

La conception avec le ITR9909 implique deux circuits principaux :

1. Circuit de commande IRED :Une simple résistance de limitation de courant en série avec l'IRED est standard. La valeur de la résistance est calculée comme R = (V_CC- V_F) / I_F. Pour un fonctionnement fiable et une longue durée de vie, il est recommandé de piloter l'IRED à ou en dessous du 20mA typique, sauf si une commande pulsée à courant élevé est nécessaire pour des exigences spécifiques de rapport signal/bruit.
2. Circuit de sortie du phototransistor :Le phototransistor peut être utilisé dans deux configurations courantes :
   • Mode interrupteur (Sortie numérique) :Connectez une résistance de rappel du collecteur à V_CC. L'émetteur est mis à la masse. Lorsque la lumière tombe sur le transistor, il s'allume, tirant la tension du collecteur vers le bas (près de V_CE(sat)). Lorsque le faisceau est interrompu, le transistor s'éteint et la résistance de rappel amène la tension du collecteur à un niveau élevé. La valeur de la résistance de rappel détermine la vitesse de commutation et la consommation de courant.
   • Mode linéaire (Sortie analogique) :En utilisant le phototransistor dans une configuration à émetteur commun avec une résistance de collecteur, la tension au collecteur variera approximativement de manière linéaire avec la quantité de lumière reçue, utile pour la détection de position analogique.

7.2 Considérations optiques

• Alignement :Un alignement mécanique précis du trajet de l'objet avec l'espace du capteur est crucial pour un fonctionnement cohérent.
• Lumière ambiante :Bien que le filtre 940nm et le capteur adapté offrent une bonne réjection de la lumière visible, des sources fortes de lumière infrarouge (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence) peuvent causer des interférences. L'utilisation d'un signal IR modulé et d'une détection synchrone peut grandement améliorer l'immunité à la lumière ambiante.
• Caractéristiques de l'objet :Le capteur détecte l'interruption du faisceau. L'objet doit être opaque à la lumière infrarouge de 940nm. Les matériaux translucides peuvent ne pas être détectés de manière fiable.

8. Comparaison et différenciation techniques

Le ITR9909 représente une solution standard et fiable sur le marché des interrupteurs optiques. Ses principaux points de différenciation sont sa combinaison spécifique d'une IRED 940nm avec un phototransistor au silicium dans un boîtier compact à vision latérale. Comparés aux capteurs réfléchissants, les interrupteurs fournissent un signal \"on/off\" plus définitif car ils sont moins sensibles aux variations de réflectivité ou de couleur de l'objet. Le temps de réponse rapide spécifié (15µs typique) le rend adapté aux applications de détection de vitesse ou de codage, tandis que la haute sensibilité garantit un bon signal même avec des courants de commande plus faibles ou dans des environnements poussiéreux. La conformité environnementale (RoHS, sans halogène) est un facteur critique pour la fabrication électronique moderne.

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

9.1 Quelle est la vitesse ou fréquence de détection maximale ?

La fréquence de commutation maximale est limitée par les temps de montée et de descente (t_r, t_f), typiquement 15µs chacun. Une estimation prudente pour un cycle complet on-off est d'environ 4 à 5 fois la somme de ces temps, suggérant une fréquence pratique maximale dans la plage de 10-15 kHz. Ceci convient à la plupart des applications de codage mécanique.

9.2 Comment choisir la valeur de la résistance de limitation de courant de l'IRED ?

Utilisez la formule R = (Tension d'alimentation - V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V et un pilotage à la condition de test typique de 20mA, avec V_F~1,2V, R = (5 - 1,2) / 0,02 = 190 Ohms. Une résistance standard de 180 ou 200 Ohms serait appropriée. Assurez-vous toujours que la dissipation de puissance calculée dans la résistance est dans ses limites nominales.

9.3 Pourquoi le signal de sortie est-il instable ou bruyant ?

Les causes potentielles incluent : 1) Un courant de commande insuffisant vers l'IRED, résultant en un signal faible. 2) Des niveaux élevés de lumière infrarouge ambiante. 3) Le courant d'obscurité du phototransistor (qui augmente avec la température) devenant significatif par rapport au photocurant. 4) Du bruit électrique sur les lignes d'alimentation. Les solutions incluent l'augmentation de I_F(dans les limites), l'ajout d'un blindage optique, la mise en œuvre d'une modulation de signal, l'utilisation d'une résistance de rappel de valeur plus faible pour une réponse plus rapide, et l'assurance d'un bon découplage de l'alimentation.

9.4 Puis-je utiliser ce capteur à l'extérieur ?

La lumière directe du soleil contient une quantité significative de rayonnement infrarouge à 940nm, ce qui peut saturer le phototransistor et empêcher un fonctionnement correct. Pour une utilisation en extérieur, un filtrage optique minutieux, une conception de boîtier pour bloquer la lumière directe du soleil et l'utilisation de signaux IR modulés sont fortement recommandés.

10. Principe de fonctionnement et tendances technologiques

10.1 Principe de fonctionnement

Le ITR9909 fonctionne sur le principe de l'interruption de la lumière transmise. Un courant électrique traversant la diode électroluminescente infrarouge (IRED) la fait émettre des photons à une longueur d'onde de crête de 940 nanomètres. Ces photons traversent un petit espace d'air et sont incidents sur la région de base du phototransistor NPN au silicium. Les photons génèrent des paires électron-trou dans la jonction base-collecteur, qui agit efficacement comme une photodiode. Ce photocurant est ensuite amplifié par l'action transistor du dispositif, résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important qui peut être facilement mesuré par un circuit externe. Lorsqu'un objet bloque physiquement le chemin entre l'émetteur et le détecteur, le flux de photons cesse, le photocurant chute à presque zéro et le transistor s'éteint, signalant la présence de l'objet.

10.2 Contexte et tendances technologiques

Les interrupteurs optiques comme le ITR9909 sont des composants matures et bien compris. Les tendances actuelles dans le domaine se concentrent sur plusieurs domaines :

• Miniaturisation :Développement de boîtiers CMS (montage en surface) plus petits pour économiser de l'espace sur carte dans l'électronique grand public moderne.
• Intégration :Incorporation de circuits supplémentaires sur puce, tels que des déclencheurs de Schmitt pour la sortie numérique, des amplificateurs pour la sortie analogique, ou même des interfaces logiques complètes (par exemple, sortie à drain ouvert).
• Performance améliorée :Amélioration de la vitesse pour les codeurs à plus haute résolution, réduction de la consommation d'énergie pour les appareils à piles, et augmentation de la sensibilité pour permettre des courants de commande plus faibles ou des espaces de détection plus grands.
• Spécialisation :Création de variantes avec différentes largeurs de fente, formes d'ouverture ou réponses spectrales pour des segments de marché spécifiques comme l'automobile, l'automatisation industrielle ou les dispositifs médicaux.

Le principe fondamental de l'interruption optique reste une méthode robuste et rentable pour la détection sans contact, garantissant une pertinence continue dans un large éventail de systèmes électromécaniques.