Fiche technique de l'interrupteur optique ITR9707 - Dimensions 7,0x4,0x3,0mm - Tension directe 1,2V - Longueur d'onde pic 940nm - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR9707 est un module interrupteur optique compact, également appelé interrupteur photoélectrique ou capteur à fente. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (IRED) et un phototransistor 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 repose sur l'interruption d'un faisceau lumineux infrarouge. Dans son état normal, le phototransistor reçoit le rayonnement émis par la LED IR co-localisée. Lorsqu'un objet opaque traverse la fente entre l'émetteur et le détecteur, le trajet lumineux est bloqué, provoquant un changement d'état de la sortie du phototransistor. Cela fournit une méthode fiable et sans contact pour détecter la présence, l'absence ou la position d'un objet.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

• Temps de réponse rapide :Permet la détection d'événements à haute vitesse avec des temps de montée et de descente typiques de 15 microsecondes.
• Haute sensibilité :Le phototransistor au silicium fournit une réponse électrique forte à l'éclairage infrarouge.
• Longueur d'onde spécifique :Utilise une LED IR avec une longueur d'onde d'émission pic (λp) de 940 nm, qui est en dehors du spectre visible, réduisant les interférences de la lumière ambiante.
• Conformité environnementale :Le produit est sans plomb, conforme à la directive RoHS et respecte les réglementations REACH de l'UE.

1.2 Applications cibles

Ce dispositif est conçu pour 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 bord dans les scanners et les lecteurs de disquettes, la commutation sans contact à usage général et le montage direct sur carte dans divers assemblages électroniques.

2. Spécifications techniques et interprétation approfondie

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 (LED IR) :Le courant direct continu maximal (IF) est de 50 mA. La tension inverse maximale (VR) est de 5 V. La dissipation de puissance (Pd) est de 75 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins.
• Sortie (Phototransistor) :Le courant de collecteur maximal (IC) est de 20 mA. La tension de claquage collecteur-émetteur (BVCEO) est de 30 V. La dissipation de puissance (Pd) est de 75 mW.
• Thermique :La plage de température de fonctionnement (Topr) est de -25°C à +85°C. La plage de température de stockage (Tstg) est de -40°C à +85°C.
• Soudure :La température de soudure des broches (Tsol) ne doit pas dépasser 260°C pendant une durée de 5 secondes ou moins, mesurée à 3 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à Ta=25°C, définissant le comportement opérationnel du dispositif.

• Caractéristiques d'entrée :La tension directe (VF) de la LED IR est typiquement de 1,2 V à un courant de commande (IF) de 20 mA, avec un maximum de 1,5 V. Le courant inverse (IR) est au maximum de 10 µA à VR=5 V.
• Caractéristiques de sortie :Le courant d'obscurité du collecteur (ICEO), qui est le courant de fuite sans éclairage, est au maximum de 100 nA à VCE=20 V. La tension de saturation collecteur-émetteur (VCE(sat)) est au maximum de 0,4 V lorsque le phototransistor est saturé (IC=2 mA, Ee=1 mW/cm²).
• Caractéristiques de transfert :Cela définit la relation entre l'entrée et la sortie. Le courant de collecteur à l'état passant (IC(on)) est garanti d'être d'au moins 0,5 mA lorsque la LED IR est commandée avec IF=20 mA et que le phototransistor est polarisé avec VCE=5 V. Ce paramètre, connu sous le nom de rapport de transfert de courant (CTR), est crucial pour concevoir le circuit d'interface.
• Réponse dynamique :Le temps de montée (tr) et le temps de descente (tf) sont typiquement de 15 µs dans des conditions de test spécifiées (VCE=5 V, IC=1 mA, RL=1 kΩ). Cela détermine la fréquence de commutation maximale.

3. Analyse des courbes de performance

3.1 Caractéristiques de la LED IR

La fiche technique fournit des courbes typiques pour le composant émetteur infrarouge. Legraphique Courant direct vs Température ambiantemontre comment le courant direct maximal autorisé se dégrade à mesure que la température ambiante augmente au-dessus de 25°C, ce qui est crucial pour la gestion thermique. Lacourbe Courant direct vs Tension directeillustre la caractéristique IV de la diode, essentielle pour sélectionner la résistance de limitation de courant. Legraphique de Sensibilité spectraleconfirme l'émission pic à 940 nm et la largeur de la bande d'émission.

3.2 Caractéristiques du phototransistor

Lacourbe de Sensibilité spectralepour le phototransistor montre sa réponse à différentes longueurs d'onde. Elle atteint un pic dans la région du proche infrarouge, correspondant étroitement à la sortie à 940 nm de la LED IR associée. Cet appariement spectral maximise la sensibilité et minimise la réponse aux sources de lumière ambiante indésirables.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

L'ITR9707 est logé dans un boîtier standard compact. Les dimensions clés incluent une largeur totale d'environ 7,0 mm, une hauteur de 4,0 mm et une profondeur de 3,0 mm. La largeur de la fente, qui détermine la taille de l'objet pouvant être détecté, est une dimension critique. L'espacement des broches est standardisé pour le montage traversant sur PCB. Toutes les tolérances dimensionnelles sont typiquement de ±0,3 mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de la polarité et montage

Le composant a un brochage standard où l'anode et la cathode de la LED IR sont d'un côté, et l'émetteur et le collecteur du phototransistor sont de l'autre. Le boîtier noir et les longueurs spécifiques des broches ou les marquages du boîtier indiquent généralement l'orientation. La polarité correcte doit être respectée lors de la conception du PCB et de l'assemblage.

5. Guide de soudure et d'assemblage

5.1 Précautions pour le formage des broches

Si les broches doivent être pliées pour le montage, cela doit être faitavantla soudure. Le pliage doit se faire à au moins 3 mm de la base du boîtier en époxy pour éviter de transmettre des contraintes qui pourraient fissurer le boîtier ou endommager la puce interne. Les broches doivent être maintenues pendant le pliage, et l'opération doit être effectuée à température ambiante.

5.2 Paramètres de soudure recommandés

• Soudure manuelle :La température de la pointe du fer ne doit pas dépasser 300°C (pour un fer de 30W max). Le temps de soudure par broche doit être de 3 secondes ou moins. Le joint de soudure doit être à au moins 3 mm de l'ampoule en époxy.
• Soudure à la vague/par immersion :La température de préchauffage doit être de 100°C max pendant jusqu'à 60 secondes. La température du bain de soudure ne doit pas dépasser 260°C, avec un temps de séjour dans la vague de 5 secondes ou moins. Là encore, maintenez une distance minimale de 3 mm du boîtier.

Un profil de température de soudure est recommandé, mettant l'accent sur une montée contrôlée, un plateau de température pic et un refroidissement contrôlé pour éviter le choc thermique.

5.3 Manipulation après soudure

Évitez d'appliquer des contraintes mécaniques ou des vibrations au dispositif lorsqu'il est encore chaud après la soudure. Laissez-le refroidir naturellement à température ambiante. La soudure par immersion ou manuelle ne doit pas être répétée plus d'une fois. Le nettoyage aux ultrasons n'est pas recommandé pour ce dispositif.

6. Stockage et manipulation

Pour un stockage à long terme dépassant la durée de conservation standard de 3 mois à partir de l'expédition, les dispositifs doivent être conservés dans un conteneur scellé avec une atmosphère d'azote à 10°C~25°C et 20%~60% d'humidité relative. Après ouverture de l'emballage sensible à l'humidité, les composants doivent être utilisés dans les 24 heures ou dès que possible. Les changements rapides de température dans des environnements à forte humidité doivent être évités pour empêcher la condensation, qui peut entraîner de la corrosion ou d'autres dommages lors de la soudure ultérieure.

7. Emballage et informations de commande

La configuration d'emballage standard est de 78 pièces par tube. Quarante-deux tubes sont emballés dans une boîte, et quatre boîtes sont emballées dans un carton principal. L'étiquette sur l'emballage comprend des champs pour le numéro de pièce client (CPN), le numéro de pièce fabricant (P/N), la quantité (QTY), les désignations de référence (REF) et le numéro de lot (LOT No) pour la traçabilité.

8. Considérations de conception d'application

8.1 Configuration de circuit typique

Un circuit d'application typique implique une résistance de limitation de courant en série avec l'anode de la LED IR. La valeur est calculée en fonction de la tension d'alimentation (Vcc), de la tension directe de la LED (VF ~1,2 V) et du courant direct souhaité (IF, par exemple 20 mA). Le phototransistor est couramment utilisé en mode commutation, connecté comme un dispositif de mise à la masse avec son collecteur à Vcc (via une résistance de rappel si nécessaire) et son émetteur à la masse. La tension au nœud du collecteur sera basse lorsque le faisceau n'est pas interrompu (transistor ON) et haute lorsque le faisceau est bloqué (transistor OFF).

8.2 Facteurs de conception

• Détection d'objet :Le dispositif détecte les objets opaques qui interrompent complètement le faisceau infrarouge dans la fente. Les matériaux réfléchissants ou translucides peuvent ne pas déclencher un changement d'état fiable.
• Immunité à la lumière ambiante :La longueur d'onde de 940 nm et la réponse spectrale adaptée offrent un bon rejet de la lumière ambiante visible courante. Cependant, des sources fortes de lumière infrarouge (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence) peuvent potentiellement causer des interférences et peuvent nécessiter un blindage optique ou des techniques de modulation/démodulation pour les applications critiques.
• Vitesse de réponse :Le temps de réponse de 15 µs permet la détection d'objets se déplaçant à des vitesses relativement élevées, adapté aux codeurs et capteurs de vitesse.
• Alignement :L'optique convergente intégrée simplifie l'alignement, mais le PCB doit être conçu pour que les broches s'insèrent sans contrainte, et la fente doit rester dégagée.

9. Comparaison et positionnement technique

L'ITR9707 représente une solution standard et économique pour le montage traversant. Ses principaux points de différenciation sont sa longueur d'onde spécifique de 940 nm, qui est une norme industrielle courante, et sa construction robuste. Comparés aux capteurs réfléchissants, les interrupteurs optiques offrent une détection plus fiable et cohérente car ils sont moins sensibles aux variations de la réflectivité de la surface cible. Comparé aux dispositifs modernes à montage en surface, le boîtier traversant offre une robustesse mécanique dans les applications soumises à des vibrations ou où l'assemblage manuel est utilisé.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la distance ou l'écart de fonctionnement typique ?

R : L'"écart" de fonctionnement est la fente physique à l'intérieur du boîtier lui-même. Le dispositif détecte tout objet opaque qui entre et bloque cette fente interne. Il n'est pas utilisé pour détecter des objets à distance en dehors du boîtier.

Q : Puis-je alimenter la LED IR directement avec une source de tension ?

R : Non. Une LED est un dispositif piloté par courant. Une résistance de limitation de courant en série est obligatoire pour éviter un courant excessif qui détruirait la LED, même si la tension d'alimentation semble faible.

Q : Comment interpréter la valeur minimale de IC(on) de 0,5 mA ?

R : C'est le courant de sortie minimal garanti lorsque l'entrée est commandée dans des conditions de test standard (IF=20 mA, VCE=5 V). Votre conception de circuit doit fonctionner correctement même si le dispositif réel est à cette spécification minimale, assurant ainsi une robustesse face aux variations de production.

Q : Ce capteur est-il insensible à la lumière du soleil ?

R : Bien que le filtre à 940 nm aide, la lumière directe du soleil contient une quantité significative de rayonnement infrarouge et peut saturer le capteur. Pour une utilisation en extérieur ou dans des environnements intérieurs très lumineux, un blindage optique supplémentaire ou un filtrage électronique (par exemple, lumière modulée) est recommandé.

11. Exemples d'application pratiques

Exemple 1 : Détection de bourrage papier dans une imprimante.L'interrupteur optique est monté de sorte qu'un drapeau papier ou le papier lui-même passe à travers sa fente. Lorsque le papier est présent, le faisceau est bloqué et le phototransistor est éteint. Un bourrage papier ou une condition de manque de papier (pas de blocage) fait que le transistor s'allume, signalant au microcontrôleur.

Exemple 2 : Codeur rotatif pour la vitesse d'un moteur.Un disque à fentes attaché à un arbre de moteur tourne entre les bras de l'interrupteur optique. À chaque passage d'une fente, le faisceau est alternativement interrompu et laissé passer, générant un train d'impulsions carrées. La fréquence de ce signal est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur.

12. Principe de fonctionnement

L'ITR9707 fonctionne sur le principe de l'interruption de la lumière transmise. Un faisceau lumineux infrarouge est généré par la LED GaAlAs. Ce faisceau traverse un petit espace d'air à l'intérieur du boîtier de l'appareil et est focalisé sur la zone sensible du phototransistor NPN au silicium. Le phototransistor agit comme une source de courant ; les photons incidents génèrent des paires électron-trou dans sa région de base, induisant un courant de base qui est ensuite amplifié par le gain du transistor, résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important. Lorsqu'un objet bloque le faisceau, le flux de photons tombe à zéro, le courant de base cesse et le courant de collecteur tombe à son très faible niveau de courant d'obscurité. Ce changement brusque du courant de sortie est utilisé comme un signal numérique indiquant la présence de l'objet.

13. Tendances technologiques

Les interrupteurs optiques restent des composants fondamentaux dans la détection de position et de mouvement. Les tendances actuelles incluent le développement de versions pour montage en surface (SMD) pour l'assemblage automatisé, qui offrent un encombrement plus petit et un profil plus bas. Il y a également une tendance à intégrer des circuits supplémentaires sur puce, tels que des déclencheurs de Schmitt pour une sortie numérique avec hystérésis, des amplificateurs pour une sortie analogique, ou même une logique de codeur complète. De plus, les progrès dans les matériaux d'emballage visent à améliorer les performances thermiques et la résistance aux processus de lavage des cartes. Le principe fondamental de l'interruption optique, cependant, continue d'être apprécié pour sa simplicité, sa fiabilité et sa nature sans contact.