Fiche technique de l'interrupteur optique ITR8102 - Dimensions du boîtier 4,8x4,8x3,2mm - Tension directe 1,25V - Longueur d'onde de crête 940nm - Documentation technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR8102 est un module interrupteur optique compact conçu pour les applications de détection sans contact. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) et un phototransistor au silicium alignés sur des axes optiques convergents dans un boîtier thermoplastique noir. Cette configuration permet au phototransistor de recevoir le rayonnement de la DEL IR dans des conditions normales. Lorsqu'un objet opaque interrompt le trajet lumineux entre l'émetteur et le détecteur, le phototransistor cesse de conduire, permettant la détection d'objets ou la détection de position.

Les caractéristiques clés incluent un temps de réponse rapide, une haute sensibilité et la conformité aux normes environnementales telles que RoHS et REACH de l'UE. Le dispositif est fabriqué avec des matériaux sans plomb.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance en entrée (Pd) :75 mW à une température ambiante libre de 25°C ou moins.
• Tension inverse en entrée (VR) :5 V maximum.
• Courant direct en entrée (IF) :50 mA maximum.
• Dissipation de puissance du collecteur en sortie (Pc) :75 mW.
• Courant du collecteur en sortie (IC) :20 mA maximum.
• Tension collecteur-émetteur (BVCEO) :30 V maximum.
• Température de fonctionnement (Topr) :-25°C à +85°C.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +85°C.
• Température de soudure des broches (Tsol) :260°C pendant moins de 5 secondes, mesurée à 3mm du boîtier.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à Ta=25°C et définissent les performances de fonctionnement typiques.

• Tension directe (VF) :Typiquement 1,25V, avec un maximum de 1,60V à IF=20mA.
• Courant inverse (IR) :Maximum 10 μA à VR=5V.
• Longueur d'onde de crête (λP) :940 nm à IF=20mA.
• Courant d'obscurité (ICEO) :Maximum 100 nA à VCE=20V avec une irradiance nulle (Ee=0 mW/cm²).
• Tension de saturation collecteur-émetteur (VCE(sat)) :Maximum 0,4V à IC=0,9mA et IF=20mA.
• Courant du collecteur (IC(ON)) :Minimum 0,9mA, valeurs typiques plus élevées, jusqu'à un maximum de 15mA à VCE=5V et IF=20mA.
• Temps de montée/descente (tr, tf) :Typiquement 15 μsec chacun dans des conditions de test spécifiées (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ).

3. Analyse des courbes de performance

3.1 Caractéristiques de l'émetteur IR

La fiche technique fournit des courbes typiques pour le composant émetteur infrarouge. Lacourbe Courant direct vs Tension directemontre la relation non linéaire, essentielle pour concevoir le circuit de commande à limitation de courant. Lacourbe Courant direct vs Température ambianteillustre la déclassement nécessaire du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente pour éviter la surchauffe. Lacourbe de Distribution spectraleconfirme l'émission de crête à 940nm, optimale pour correspondre à la sensibilité du phototransistor et minimiser les interférences de la lumière visible ambiante.

3.2 Caractéristiques du phototransistor

La courbe clé pour le phototransistor est legraphique de Sensibilité spectrale. Il montre la réponse du détecteur à différentes longueurs d'onde, avec un pic dans la région du proche infrarouge autour de 940nm. Cette correspondance spectrale précise avec la sortie de l'émetteur IR assure une haute sensibilité et un bon rapport signal/bruit dans le système de détection.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

L'ITR8102 est logé dans un boîtier standard à 4 broches avec vue latérale. Les dimensions critiques incluent une taille globale d'environ 4,8mm de longueur, 4,8mm de hauteur et 3,2mm de largeur (broches exclues). L'espacement des broches est de 2,54mm (0,1 pouce). Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,3mm sauf indication contraire. Les broches sortent du bas du boîtier plastique noir, qui agit comme une barrière optique pour empêcher la diaphonie entre l'émetteur et le détecteur.

4.2 Identification de la polarité

Le composant utilise une configuration de brochage standard. En regardant le dispositif de face (côté avec les ouvertures de lentille), les broches sont généralement disposées de gauche à droite comme suit : Anode de la DEL IR, Cathode de la DEL IR, Émetteur du phototransistor, Collecteur du phototransistor. Il est crucial de consulter le diagramme du boîtier pour une identification définitive afin d'assurer une connexion de circuit correcte.

5. Directives de soudure et d'assemblage

5.1 Façonnage des broches

Les broches doivent être façonnées avant la soudure. La flexion doit se produire à une distance supérieure à 3mm du bas du corps du boîtier en époxy pour éviter les fissures induites par la contrainte ou la dégradation des performances. Le cadre des broches doit être maintenu fermement pendant le pliage pour éviter les contraintes sur le bulbe en époxy. La coupe des broches doit être effectuée à température ambiante.

5.2 Processus de soudure

Les conditions de soudure recommandées sont critiques pour la fiabilité.

• Soudure manuelle :Température de la pointe du fer maximum 300°C (pour un fer de 30W), temps de soudure maximum 3 secondes par broche.
• Soudure à la vague/par immersion :Température de préchauffage maximum 100°C jusqu'à 60 secondes. Température du bain de soudure maximum 260°C pour un temps d'immersion maximum de 5 secondes.
• Distance critique :Le joint de soudure doit être à au moins 3mm du bulbe en époxy pour éviter les dommages thermiques.
• Limite du processus :La soudure par immersion ou manuelle ne doit pas être effectuée plus d'une fois.

Un profil de température de soudure recommandé est fourni, mettant l'accent sur une montée en température contrôlée, un plateau de température de crête et une phase de refroidissement contrôlée pour minimiser le choc thermique.

5.3 Nettoyage et stockage

Le nettoyage par ultrasons est interdit car il peut endommager les composants internes ou le joint en époxy. Pour le stockage, les dispositifs doivent être conservés à 10-30°C et ≤70% d'humidité relative jusqu'à 3 mois après l'expédition. Pour un stockage plus long (jusqu'à un an), une atmosphère d'azote à 10-25°C et 20-60% d'humidité relative est recommandée. Après ouverture du sac barrière à l'humidité, les dispositifs doivent être utilisés dans les 24 heures ou refermés rapidement.

6. Conditionnement et informations de commande

La spécification de conditionnement standard est de 100 pièces par tube, 20 tubes par boîte et 4 boîtes par carton, totalisant 8000 pièces par carton. L'étiquette sur l'emballage comprend des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de pièce fabricant (P/N), la quantité d'emballage (QTY) et le numéro de lot (LOT No.) pour la traçabilité.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

L'ITR8102 est adapté à diverses applications de détection et de commutation sans contact, y compris, mais sans s'y limiter :

• Détection de position dans les imprimantes/scanners/photocopieurs :Détection de la présence de papier, de la position du bac ou de la position d'origine du chariot.
• Codage rotatif :Utilisé avec une roue à fentes pour mesurer la vitesse ou la position dans les moteurs, ventilateurs ou lecteurs de disquettes.
• Détection d'objet :Détecter la présence ou l'absence d'un objet dans les distributeurs automatiques, l'automatisation industrielle ou les systèmes de sécurité.
• Commutation sans contact :Mise en œuvre d'interrupteurs sans contact dans l'électronique grand public ou les appareils électroménagers.

7.2 Considérations de conception

• Résistance de limitation de courant :Une résistance externe doit être connectée en série avec l'anode de la DEL IR pour limiter le courant direct (IF) à la valeur souhaitée (par exemple, 20mA pour un fonctionnement typique), calculée sur la base de la tension d'alimentation et de la tension directe (VF) de la DEL IR.
• Polarisation du phototransistor :Une résistance de charge (RL) est connectée entre le collecteur du phototransistor et l'alimentation positive. La valeur de RL détermine l'excursion de tension de sortie et la vitesse de commutation. Une valeur typique est de 1kΩ.
• Immunité à la lumière ambiante :Le boîtier noir et la paire de longueurs d'onde adaptée à 940nm offrent un bon rejet de la lumière visible ambiante. Pour les environnements à fort rayonnement IR ambiant, des techniques de modulation/démodulation peuvent être nécessaires.
• Conception de l'ouverture et de l'écart :La distance de détection et la résolution dépendent de la taille et de l'alignement de l'objet interrompant le faisceau. L'axe optique convergent définit un écart de détection spécifique.
• Gestion thermique :Le courant direct doit être déclassé à des températures ambiantes plus élevées selon la courbe de déclassement pour s'assurer que la dissipation de puissance en entrée (Pd) ne dépasse pas les limites de sécurité.

8. Comparaison et différenciation technique

L'ITR8102 offre un ensemble équilibré de spécifications pour l'interruption optique à usage général. Ses principaux points de différenciation incluent un temps de réponse relativement rapide de 15μs adapté à la détection à vitesse moyenne, un courant de collecteur minimum élevé (0,9mA) assurant un signal de sortie fort, et un boîtier compact et standard de l'industrie. Comparé aux capteurs réfléchissants, les modules interrupteurs comme l'ITR8102 offrent une fiabilité et une cohérence plus élevées car ils sont insensibles aux variations de la réflectivité de l'objet cible. La configuration côte à côte avec un écart physique est idéale pour détecter les objets qui traversent un plan spécifique.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

9.1 Quelle est la distance ou l'écart de détection typique ?

L'écart de détection est défini par la séparation mécanique entre les lentilles de l'émetteur et du détecteur à l'intérieur du boîtier. Pour l'ITR8102, il s'agit d'un écart interne fixe. Le dispositif détecte tout objet opaque qui est inséré dans cet écart et interrompt le faisceau infrarouge. La "distance de détection" effective est essentiellement nulle, car l'objet doit physiquement entrer dans la fente.

9.2 Puis-je alimenter la DEL IR directement avec une source de tension ?

Non. La DEL IR est une diode avec une résistance dynamique et une chute de tension directe. La connecter directement à une source de tension dépassant sa VF provoquera un courant excessif, risquant de détruire le dispositif. Une résistance de limitation de courant en série est obligatoire.

9.3 Comment connecter la sortie du phototransistor à un microcontrôleur ?

Le phototransistor agit comme un interrupteur dépendant de la lumière. Avec la résistance de charge (RL) connectée à VCC, la sortie du collecteur sera tirée vers le bas (près de VCE(sat)) lorsque le faisceau n'est pas bloqué (état ON). Lorsque le faisceau est bloqué, le transistor s'éteint et la sortie du collecteur passe à l'état haut (vers VCC). Ce signal numérique peut être lu directement par une broche d'entrée numérique d'un microcontrôleur. Pour la détection analogique de l'intensité lumineuse, la tension aux bornes de RL peut être mesurée avec un CAN, bien que la linéarité puisse être limitée.

9.4 Pourquoi la distance de soudure (3mm) est-elle si critique ?

Le boîtier en époxy encapsulant les puces semi-conductrices est sensible aux contraintes thermiques extrêmes. Souder trop près du corps peut transférer une chaleur excessive, risquant de fissurer l'époxy, d'endommager les fils de liaison à l'intérieur ou d'altérer les propriétés optiques de la lentille, entraînant une défaillance immédiate ou une fiabilité à long terme réduite.

10. Cas pratique de conception

Cas : Capteur de fin de papier dans une imprimante de bureau

Dans cette application, l'ITR8102 est monté sur la carte principale de l'imprimante, positionné de sorte que son écart de détection s'aligne avec un chemin par lequel passe la pile de papier. Un levier mécanique ou un drapeau attaché au bac à papier se déplace dans l'écart du capteur lorsque le papier est épuisé.

Mise en œuvre du circuit :La DEL IR est alimentée par un courant constant de 20mA provenant de l'alimentation logique 5V de l'imprimante via une résistance série de 180Ω ((5V - 1,25V)/20mA ≈ 187Ω, valeur standard 180Ω). Le collecteur du phototransistor est connecté à l'alimentation 5V via une résistance de rappel de 4,7kΩ et également à une broche GPIO du microcontrôleur de l'imprimante.

Fonctionnement :Lorsque du papier est présent, le drapeau est hors de l'écart, le faisceau n'est pas interrompu, le phototransistor est ON, tirant la sortie du collecteur vers le BAS. Le microcontrôleur lit un '0' logique, indiquant la présence de papier. Lorsque le papier est épuisé, le drapeau entre dans l'écart, bloquant le faisceau. Le phototransistor s'éteint (OFF), permettant à la résistance de rappel d'amener la sortie du collecteur à l'état HAUT. Le microcontrôleur lit un '1' logique, déclenchant une alerte "Fin de papier" sur l'interface utilisateur. Le temps de réponse rapide de l'ITR8102 assure une détection immédiate.

11. Principe de fonctionnement

L'ITR8102 fonctionne sur le principe de la transmission et de la détection de lumière modulée. La diode électroluminescente infrarouge interne (DEL IR) émet des photons à une longueur d'onde de crête de 940nm lorsqu'elle est polarisée en direct avec un courant approprié. Ces photons traversent un petit espace d'air précisément aligné à l'intérieur du boîtier. Le phototransistor au silicium, positionné en face de la DEL IR, est sensible à cette longueur d'onde spécifique. Lorsque les photons frappent la région de base du phototransistor, ils génèrent des paires électron-trou, créant effectivement un courant de base qui allume le transistor, permettant à un courant de collecteur beaucoup plus important de circuler. Ce courant de collecteur est proportionnel à l'intensité de la lumière infrarouge reçue. Lorsqu'un objet opaque entre dans l'écart, il bloque le flux de photons, le courant de base du phototransistor chute à presque zéro (courant d'obscurité) et le transistor s'éteint. Cet état électrique distinct ON/OFF à la sortie correspond directement à la présence ou à l'absence d'un objet dans le trajet optique.

12. Tendances technologiques

La technologie des interrupteurs optiques continue d'évoluer parallèlement aux progrès de l'optoélectronique et de la fabrication. Les tendances incluent le développement de dispositifs avec des empreintes de boîtier encore plus petites pour permettre la miniaturisation dans l'électronique grand public et les wearables. Il y a également une poussée vers des vitesses de commutation plus élevées pour supporter un codage de données plus rapide et une automatisation industrielle à haute vitesse. L'intégration de fonctionnalités supplémentaires, telles que des déclencheurs de Schmitt intégrés pour le conditionnement du signal ou des résistances de limitation de courant, simplifie la conception des circuits. De plus, les améliorations des matériaux et des processus de moulage améliorent la robustesse environnementale, permettant un fonctionnement dans des plages de température et d'humidité plus larges pour les applications automobiles et industrielles. Le principe fondamental reste robuste, assurant la pertinence continue des interrupteurs optiques pour la détection fiable et sans contact de position et d'objets.