Fiche technique de l'interrupteur optique ITR8402-F-A - Dimensions 4.0x2.0x3.0mm - Tension directe 1.2V - Longueur d'onde pic 940nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR8402-F-A est un module interrupteur optique compact conçu pour les applications de détection sans contact. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (IRED) et un phototransistor au silicium alignés sur un axe optique convergent au sein d'un boîtier thermoplastique noir. Le principe de fonctionnement fondamental implique que le phototransistor reçoit le rayonnement infrarouge émis par l'IRED en conditions normales. Lorsqu'un objet opaque interrompt le trajet optique entre l'émetteur et le détecteur, le phototransistor cesse de recevoir le signal, permettant ainsi la détection d'objets ou la mesure de position.

Les caractéristiques clés de ce dispositif incluent un temps de réponse rapide, une sensibilité élevée et une longueur d'onde d'émission pic de 940nm, 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 paramètres techniques

2.1 Valeurs 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.

• Entrée (IRED) :La dissipation de puissance (Pd) est de 75 mW à une température ambiante libre de 25°C ou moins. La tension inverse maximale (VR) est de 5V, et le courant direct maximal (IF) est de 50 mA.
• Sortie (Phototransistor) :La dissipation de puissance du collecteur (Pd) est de 75 mW. Le courant collecteur maximal (IC) est de 20 mA. La tension collecteur-émetteur (BV_CEO) est de 30V, et la tension émetteur-collecteur (BV_ECO) est de 5V.
• Environnement :La plage de température de fonctionnement (T_opr) est de -25°C à +85°C. La plage de température de stockage (T_stg) est de -40°C à +85°C. La température de soudure des broches (T_sol) ne doit pas dépasser 260°C pendant une durée de 5 secondes ou moins, mesurée à 3mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante (T_a) de 25°C et définissent les performances typiques du dispositif.

• Entrée (IRED) :La tension directe typique (V_F) est de 1.2V à un courant direct (I_F) de 20mA, avec un maximum de 1.5V. Le courant inverse (I_R) est au maximum de 10 µA à V_R=5V. La longueur d'onde pic (λ_P) est de 940nm.
• Sortie (Phototransistor) :Le courant d'obscurité (I_CEO) est au maximum de 100 nA à V_CE=20V avec une irradiance nulle. La tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) est au maximum de 0.4V lorsque le courant collecteur (I_C) est de 2mA sous une irradiance (E_e) de 1 mW/cm².
• Caractéristiques de transfert :Le courant collecteur minimal (I_C(ON)) est de 0.5 mA lorsque V_CE=5V et I_F=20mA. Les temps de montée (t_r) et de descente (t_f) typiques sont tous deux de 15 µs dans les conditions de test V_CE=5V, I_C=1mA, et une résistance de charge (R_L) de 1 kΩ.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit des courbes caractéristiques typiques pour l'émetteur IR et le phototransistor. Ces courbes sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions.

3.1 Caractéristiques de l'émetteur IR

Les courbes illustrent la relation entre le courant direct et la tension directe, cruciale pour la conception du circuit de commande. Elles montrent également la dégradation de la dissipation de puissance du collecteur avec l'augmentation de la température ambiante, vitale pour la gestion thermique. La courbe de sensibilité spectrale confirme l'émission pic à 940nm.

3.2 Caractéristiques du phototransistor

La courbe de sensibilité spectrale du phototransistor montre sa réponse à différentes longueurs d'onde, avec une sensibilité pic généralement alignée sur la sortie à 940nm de l'émetteur IR, assurant un rendement de couplage optimal.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

L'ITR8402-F-A est logé dans un boîtier compact standard de l'industrie. Les dimensions clés incluent la taille globale du corps, l'espacement des broches et la position de l'ouverture optique. Toutes les dimensions sont spécifiées en millimètres avec une tolérance standard de ±0.3 mm sauf indication contraire. L'espacement des broches est mesuré au point où elles émergent du corps du boîtier.

4.2 Identification de la polarité

Le composant est conçu pour un montage traversant. La configuration des broches doit être soigneusement respectée lors de la conception du PCB et de l'assemblage pour assurer une connexion électrique correcte de l'anode et de la cathode de l'IRED ainsi que du collecteur et de l'émetteur du phototransistor.

5. Directives de soudure et d'assemblage

5.1 Formage des broches

Si un formage des broches est nécessaire, il doit être effectuéavantla soudure. La flexion doit se produire à une distance minimale de 3mm du bas du boîtier en époxy pour éviter les dommages induits par la contrainte. Les broches doivent être maintenues pendant la flexion, et le boîtier lui-même ne doit pas être touché ou soumis à une contrainte. La coupe des broches doit être effectuée à température ambiante.

5.2 Processus de soudure

La soudure doit être effectuée avec soin pour éviter tout dommage thermique ou mécanique.

• Soudure manuelle :Température maximale de la pointe du fer de 300°C (pour des fers d'une puissance max de 30W). Le temps de soudure par broche ne doit pas dépasser 3 secondes. Maintenir une distance minimale de 3mm entre le joint de soudure et le bulbe en époxy.
• Soudure à la vague/par immersion :Température de préchauffage maximale de 100°C pendant jusqu'à 60 secondes. La température du bain de soudure ne doit pas dépasser 260°C, avec un temps d'immersion maximal de 5 secondes. La règle de distance de 3mm du bulbe en époxy s'applique également.

Un profil de température de soudure recommandé est fourni, mettant l'accent sur une montée en température contrôlée, un plateau de température pic défini et une phase de refroidissement contrôlée. Un refroidissement rapide n'est pas recommandé. La soudure (par immersion ou manuelle) ne doit pas être effectuée plus d'une fois. Après soudure, le dispositif doit être protégé des chocs mécaniques jusqu'à son retour à température ambiante.

5.3 Nettoyage et stockage

Le nettoyage par ultrasons du dispositif assemblé est interdit car il peut causer des dommages internes. Pour le stockage, les dispositifs doivent être conservés à 10-30°C avec une humidité relative de 70% ou moins. La durée de vie de stockage recommandée dans l'emballage d'origine est de 3 mois. Pour un stockage plus long, une atmosphère d'azote à 10-25°C et 20-60% d'HR est conseillée. Une fois ouvert, les dispositifs doivent être utilisés dans les 24 heures, et tout composant restant doit être refermé rapidement.

6. Emballage et informations de commande

La spécification d'emballage standard est de 90 pièces par tube, 48 tubes par boîte et 4 boîtes par carton. L'étiquette sur l'emballage comprend des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de pièce (P/N), la quantité d'emballage (QTY), les catégories (CAT), la référence (REF) et le numéro de lot (LOT No).

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

L'ITR8402-F-A est bien adapté à diverses applications de détection et de commutation sans contact, y compris, mais sans s'y limiter : la détection de position dans les souris d'ordinateur et les photocopieurs, la détection de papier dans les scanners et les lecteurs de disquettes, la détection de bordure dans les imprimantes et la détection d'objets à usage général. Son boîtier traversant le rend adapté au montage direct sur carte dans une large gamme d'électronique grand public et industrielle.

7.2 Considérations de conception

Lors de la conception avec cet interrupteur optique, plusieurs facteurs sont critiques :

• Conception du circuit :Une résistance de limitation de courant est obligatoire pour que l'IRED fonctionne dans son courant direct spécifié (I_F). La sortie du phototransistor nécessite typiquement une résistance de tirage pour définir le niveau logique haut lorsque le faisceau n'est pas interrompu.
• Intégration mécanique :Les trous du PCB doivent s'aligner précisément avec les broches du composant pour éviter les contraintes de montage. La fente entre l'émetteur et le détecteur doit être maintenue libre d'obstructions et de contamination.
• Gestion thermique :La dissipation de puissance de l'IRED et du phototransistor doit être prise en compte, en particulier dans les environnements à température ambiante élevée. Reportez-vous aux courbes de dégradation pour obtenir des conseils.
• Immunité à la lumière ambiante :Bien que la longueur d'onde de 940nm et le boîtier offrent une certaine immunité, concevoir le système pour fonctionner dans un environnement lumineux contrôlé ou utiliser des signaux IR modulés peut améliorer la fiabilité dans des conditions difficiles.

8. Comparaison et différenciation technique

L'ITR8402-F-A offre un équilibre entre vitesse, sensibilité et taille. Son temps de réponse rapide de 15µs le rend adapté aux applications nécessitant une détection rapide, comme dans les codeurs ou le comptage à haute vitesse. La haute sensibilité permet un fonctionnement fiable même avec des courants de commande plus faibles ou dans des environnements poussiéreux. La conception à axe convergent côte à côte dans un boîtier standard offre une solution rentable pour de nombreux besoins de détection courants par rapport aux capteurs plus spécialisés ou réfléchissants.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

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

La fiche technique ne spécifie pas d'écart de détection maximal. Ce paramètre dépend fortement du courant appliqué à l'IRED, de la sensibilité du phototransistor spécifique, de l'amplitude du signal de sortie requise et des caractéristiques de l'objet interrompant (opacité, taille). Il est déterminé empiriquement pour chaque application.

9.2 Puis-je utiliser ce capteur en plein soleil ?

La lumière directe du soleil contient un rayonnement infrarouge important et peut saturer le phototransistor, entraînant un fonctionnement peu fiable. Pour les applications en extérieur ou à forte lumière ambiante, un blindage supplémentaire, un filtrage optique ou l'utilisation d'un signal IR modulé avec détection synchrone est fortement recommandé.

9.3 Pourquoi le temps de montée/descente est-il spécifié avec une charge de 1kΩ ?

La vitesse de commutation d'un phototransistor est affectée par la constante de temps RC formée par sa capacité de jonction et la résistance de charge. Le spécifier avec une charge standard (1 kΩ) permet une comparaison cohérente entre les dispositifs. L'utilisation d'une résistance de charge différente modifiera les temps de montée et de descente effectifs.

10. Conception pratique et cas d'utilisation

10.1 Étude de cas : Détection de bourrage papier dans une imprimante

Dans cette application, plusieurs capteurs ITR8402-F-A sont placés le long du chemin du papier. Le faisceau IR est normalement interrompu par la présence du papier. Un bourrage est détecté lorsque le faisceau reste non interrompu (phototransistor ON) plus longtemps que le temps de transit prévu entre deux capteurs, ou lorsqu'il devient interrompu (phototransistor OFF) à un capteur où le papier ne devrait pas être présent. Le temps de réponse rapide assure une détection rapide, évitant les dommages.

10.2 Étude de cas : Codeur rotatif pour le contrôle de vitesse de moteur

Un disque à fentes fixé à l'arbre d'un moteur tourne entre l'émetteur et le détecteur de l'ITR8402-F-A. Lorsque les fentes traversent le faisceau, elles génèrent une sortie pulsée du phototransistor. La fréquence de ces impulsions est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Le temps de réponse de 15µs permet une mesure précise de la vitesse même à des RPM élevés.

11. Principe de fonctionnement

Un interrupteur optique, ou photo-interrupteur, est un composant autonome combinant une source de lumière infrarouge et un photodétecteur dans un seul boîtier, se faisant face de part et d'autre d'un espace physique. L'IRED est polarisée en direct pour émettre une lumière infrarouge invisible. Le phototransistor, positionné en face, agit comme un interrupteur commandé par la lumière. Sa résistance collecteur-émetteur est très élevée (il est \"OFF\") lorsqu'aucune lumière ne tombe dessus (le courant d'obscurité est minimal). Lorsque la lumière IR frappe sa région de base, des paires électron-trou sont générées, polarisant efficacement le transistor et permettant un courant collecteur significatif de circuler, le mettant \"ON.\" Un objet placé dans l'espace bloque la lumière, éteignant le phototransistor. Ce signal numérique ON/OFF est utilisé pour la détection.

12. Tendances technologiques

La technologie de base des interrupteurs optiques est mature, mais les tendances se concentrent sur la miniaturisation (boîtiers CMS plus petits), une vitesse plus élevée pour les applications de transmission de données et l'intégration de circuits supplémentaires (tels que des déclencheurs de Schmitt ou des amplificateurs) dans le boîtier pour fournir un signal de sortie numérique plus propre et améliorer l'immunité au bruit. Il y a également une tendance vers des courants de fonctionnement plus faibles pour les dispositifs IoT alimentés par batterie. Le principe fondamental de la détection de lumière modulée pour le rejet de la lumière ambiante reste un domaine clé de développement pour les applications industrielles et automobiles robustes.