Fiche technique du photo-interrupteur LTH-301-23P1 - Dimensions 7,62 mm - Tension 1,6 V - Puissance 60 mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-301-23P1 est un module photo-interrupteur compact à montage traversant. Il fonctionne comme un commutateur optique sans contact, utilisant une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) couplée à un phototransistor. Le principe fondamental implique que la LED IR émet de la lumière, qui est détectée par le phototransistor. Lorsqu'un objet interrompt le trajet lumineux entre l'émetteur et le détecteur, l'état de sortie du phototransistor change, permettant une détection de position précise, une détection d'objet ou une commutation de fin de course sans contact physique. Ses principaux avantages incluent une vitesse de commutation rapide, un fonctionnement fiable sans contact et une conception adaptée à un montage direct sur circuit imprimé ou sur support DIL, ce qui le rend idéal pour des applications dans les imprimantes, photocopieurs, distributeurs automatiques et l'automatisation industrielle où la durabilité et la précision sont requises.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner le dispositif en continu à ces limites ou près de celles-ci.

• Courant direct continu de la diode IR (I_F):50 mA. C'est le courant en régime permanent maximal qui peut traverser la LED infrarouge.
• Tension inverse de la diode IR (V_R):5 V. Dépasser cette tension de polarisation inverse aux bornes de la LED peut provoquer un claquage.
• Courant collecteur du transistor (I_C):20 mA. Le courant continu maximal que le collecteur du phototransistor peut supporter.
• Dissipation de puissance du transistor (P_D):75 mW à 25°C, avec une dérive linéaire de 1,33 mW/°C au-dessus de 25°C. Cela limite la chaleur générée dans le phototransistor.
• Courant direct crête de la diode IR :1 A (largeur d'impulsion = 10 µs, 300 pps). Permet de brèves impulsions à courant élevé pour les applications nécessitant une puissance optique instantanée élevée.
• Dissipation de puissance de la diode (P_D):60 mW à 25°C, également avec une dérive de 1,33 mW/°C. Cela régit les limites thermiques de la LED IR.
• Tension collecteur-émetteur du phototransistor (V_CEO):30 V. La tension maximale qui peut être appliquée entre le collecteur et l'émetteur lorsque le transistor est bloqué.
• Tension émetteur-collecteur du phototransistor (V_ECO):5 V. La tension inverse maximale aux bornes de la jonction collecteur-émetteur.
• Plage de température de fonctionnement :-25°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable du dispositif.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C. La plage de température pour un stockage hors fonctionnement.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes à 1,6 mm du boîtier. Définit le profil de refusion ou de soudure manuelle pour éviter d'endommager le boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (T_A= 25°C) et définissent la performance typique du dispositif.

2.2.1 Caractéristiques de la LED d'entrée

• Tension directe (V_F):Typiquement 1,2 V à 1,6 V à I_F= 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED IR lorsqu'elle est alimentée par le courant de test standard. Une résistance de limitation de courant doit être calculée sur la base de cette valeur et de la tension d'alimentation.
• Courant inverse (I_R):Maximum 100 µA à V_R= 5 V. C'est le faible courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse.

2.2.2 Caractéristiques du phototransistor de sortie

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO):Minimum 30 V à I_C= 1 mA. Cette tension de claquage élevée permet l'utilisation de tensions d'alimentation plus élevées dans le circuit collecteur.
• Tension de claquage émetteur-collecteur (V_(BR)ECO):Minimum 5 V à I_E= 100 µA.
• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO):Maximum 100 nA à V_CE= 10 V. C'est le courant de fuite lorsque le phototransistor est dans l'obscurité totale (pas de lumière IR). Une valeur faible est cruciale pour un bon rapport signal/bruit dans les applications de détection.

2.2.3 Caractéristiques du coupleur (dispositif complet)

• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)):Maximum 0,4 V à I_C= 0,2 mA et I_F= 20 mA. C'est la tension aux bornes du phototransistor lorsqu'il est complètement "passant" (saturé). Une valeur plus faible est préférable car elle minimise les pertes de puissance.
• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)):Minimum 0,4 mA à V_CE= 5 V et I_F= 20 mA. Ce paramètre spécifie le photocourant minimum généré lorsque la LED IR est alimentée et que le trajet lumineux n'est pas obstrué. Ce paramètre est directement lié à la sensibilité du dispositif.
• Temps de montée (T_r):Typique 25 µs dans les conditions de test (I_C= 2 mA, R_L= 1 kΩ, V_CE= 5 V). C'est le temps nécessaire pour que la sortie du phototransistor passe de 10% à 90% de sa valeur finale lorsque la LED IR est allumée.
• Temps de descente (T_f):Typique 26 µs dans les mêmes conditions. C'est le temps de transition lorsque la LED IR est éteinte. Ces temps de commutation définissent la fréquence maximale à laquelle le dispositif peut fonctionner de manière fiable.

3. Informations mécaniques et sur le boîtier

3.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est logé dans un boîtier double en ligne à 4 broches standard. Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont fournies en millimètres, avec les pouces entre parenthèses.
• La tolérance standard est de ±0,25 mm (±0,010") sauf indication contraire dans une note spécifique.
• La largeur du corps est d'environ 7,62 mm, et l'espacement des broches suit un motif de grille standard de 0,1 pouce (2,54 mm) pour le montage traversant sur circuit imprimé.

Le boîtier est conçu pour les procédés de soudure à la vague ou de soudure manuelle. Le dessin dimensionnel de la fiche technique fournit les mesures critiques pour la conception de l'empreinte sur circuit imprimé, y compris le diamètre des broches, l'espacement des broches (entre rangées et colonnes), la longueur et la largeur du corps, et la largeur de la fente qui définit l'ouverture de détection.

3.2 Brochage et identification de la polarité

Le dispositif possède quatre broches. Typiquement, deux broches sont pour l'anode et la cathode de la LED IR, et les deux autres pour le collecteur et l'émetteur du phototransistor. Le dessin de la fiche technique indique la broche 1, ce qui est crucial pour une orientation correcte. La LED IR est un dispositif à anode active, et le phototransistor est de type NPN où le collecteur doit être connecté à une alimentation positive via une résistance de charge, et l'émetteur à la masse. Une connexion de polarité incorrecte à la LED l'empêchera d'émettre de la lumière, et une connexion incorrecte au phototransistor n'engendrera aucun signal de sortie.

4. Recommandations de soudure et d'assemblage

La fiche technique spécifie un paramètre de soudure critique : les broches peuvent être soumises à une température de 260°C pendant un maximum de 5 secondes, mesurée à une distance de 1,6 mm (0,063") du boîtier plastique. Cette recommandation est essentielle pour éviter les dommages thermiques à la puce semi-conductrice interne et au matériau du boîtier plastique pendant les opérations de soudure à la vague ou manuelle. Pour la soudure par refusion, un profil standard avec une température de pic ne dépassant pas 260°C et un temps au-dessus du liquidus (TAL) contrôlé doit être utilisé. Il est conseillé de suivre les normes JEDEC ou IPC pour la soudure des composants traversants.

5. Suggestions d'application

5.1 Schémas d'application typiques

La configuration de circuit la plus courante consiste à alimenter la LED IR avec une source de courant constant ou, plus simplement, une source de tension en série avec une résistance de limitation de courant (R_limit). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5 V et un I_Fsouhaité de 20 mA, avec V_F= 1,4 V, R_limit= (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ω. La sortie du phototransistor est typiquement connectée comme un interrupteur : le collecteur est connecté à V_CCvia une résistance de rappel (R_load), et l'émetteur est connecté à la masse. Le signal de sortie est prélevé au nœud collecteur. Lorsque la lumière frappe le transistor, il s'active, tirant la tension du collecteur vers le bas (près de V_CE(SAT)). Lorsque le trajet lumineux est bloqué, le transistor se bloque, et la tension du collecteur est tirée vers le haut à V_CCpar R_load. La valeur de R_loadaffecte la vitesse de commutation et la consommation de courant ; une résistance plus petite donne une commutation plus rapide mais une dissipation de puissance plus élevée à l'état 'passant'.

5.2 Considérations de conception

• Immunité à la lumière ambiante :Comme le dispositif utilise de la lumière infrarouge, il est quelque peu immunisé contre la lumière ambiante visible. Cependant, des sources fortes de rayonnement IR (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence) peuvent provoquer des déclenchements erronés. L'utilisation d'un signal IR modulé et d'une détection synchrone peut grandement améliorer l'immunité.
• Alignement :Un alignement mécanique précis entre les fentes de l'émetteur et du détecteur est crucial pour un signal maximal. L'empreinte sur circuit imprimé et le montage doivent assurer cet alignement.
• Caractéristiques de l'objet :L'objet interrompant le faisceau doit être opaque à la longueur d'onde IR utilisée. Les matériaux réfléchissants ou translucides peuvent ne pas déclencher le capteur de manière fiable.
• Exigences de vitesse :Les temps de montée et de descente (~25 µs) limitent la fréquence de commutation maximale à environ 1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHz pour un signal carré, bien que les limites pratiques soient plus basses pour assurer une transition complète.

6. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à une section pour "Courbes typiques des caractéristiques électriques/optiques." Ces graphiques, généralement inclus dans de tels documents, fournissent une représentation visuelle de la façon dont les paramètres clés varient avec les conditions. Les courbes attendues incluent :

• Courant direct vs. Tension directe (I_F-V_F):Montre la relation exponentielle pour la LED IR, aidant à déterminer V_Fà des courants autres que la condition de test.
• Courant collecteur vs. Tension collecteur-émetteur (I_C-V_CE):Famille de courbes pour le phototransistor avec l'intensité lumineuse incidente (ou le courant d'alimentation de la LED) comme paramètre, montrant les régions de saturation et active.
• Taux de transfert de courant (CTR) vs. Courant direct :CTR = (I_C/ I_F) * 100%. Ce graphique montre l'efficacité du couplage optique, qui diminue typiquement à des I_F.
• très élevés._{Courant collecteur à l'état passant vs. Température (I}C(ON)_A-T):
• Illustre comment la sensibilité du phototransistor change avec la température ambiante, montrant généralement une diminution à des températures plus élevées._CEOCourant d'obscurité vs. Température (I_A-T):

Montre l'augmentation exponentielle du courant de fuite avec la température, ce qui est critique pour un fonctionnement à haute température.

L'analyse de ces courbes permet aux concepteurs d'optimiser les points de fonctionnement, de comprendre les compromis de performance en fonction de la température et de prédire le comportement dans des conditions non standard.

7. Comparaison et différenciation technique_CEOComparé aux micro-interrupteurs mécaniques, le LTH-301-23P1 offre des avantages distincts : pas de rebond de contact, une durée de vie opérationnelle beaucoup plus longue (des millions contre des milliers de cycles), une immunité à la contamination par la poussière ou les huiles (étant un boîtier scellé), et une vitesse de commutation plus rapide. Comparé aux capteurs optiques réfléchissants, les photo-interrupteurs transmissifs comme celui-ci fournissent une détection plus cohérente et fiable car ils sont moins sensibles à la couleur ou à la réflectivité de l'objet cible ; ils détectent simplement la présence ou l'absence d'un objet dans la fente. Le principal facteur de différenciation pour cette référence spécifique est son équilibre entre un boîtier traversant standard, des caractéristiques électriques robustes (30 V V_F, 50 mA I

), et une vitesse de commutation spécifiée, en faisant un choix polyvalent et généraliste.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la distance ou largeur de fente de détection typique ?

R : La "distance" de détection est effectivement la largeur de la fente dans le boîtier. Les objets doivent passer à travers cet espace physique pour interrompre le faisceau. Le dessin dimensionnel de la fiche technique fournit la largeur exacte de la fente.

Q : Puis-je alimenter la LED IR directement depuis une broche de microcontrôleur ?

R : Peut-être, mais vous devez vérifier la capacité de courant de la broche. Une broche de MCU typique peut fournir 20-25 mA, ce qui correspond à la condition de test. Cependant, vous DEVEZ inclure une résistance de limitation de courant en série comme calculé dans les notes d'application. Alimenter la LED sans résistance détruira probablement à la fois la LED et la broche du MCU.

Q : Comment connecter la sortie du phototransistor à un microcontrôleur ?_CCR : La méthode la plus simple est d'utiliser le phototransistor comme une entrée numérique. Connectez le collecteur à la broche d'E/S numérique du MCU (qui a typiquement une résistance de rappel interne pouvant être activée) et également à V_CC used.

via une résistance de rappel externe (par exemple, 10 kΩ). L'émetteur se connecte à la masse. Lorsque le faisceau n'est pas interrompu, le transistor est passant, tirant la broche vers le BAS. Lorsqu'il est interrompu, la broche est tirée vers le HAUT. Assurez-vous que les niveaux de tension d'entrée du MCU sont compatibles avec la V

Q : Qu'est-ce qui affecte la vitesse de commutation ?_LR : Les temps de montée/descente intrinsèques du phototransistor (~25 µs) sont la limite principale. Cependant, des facteurs de circuit peuvent la ralentir davantage. Une grande résistance de charge (R_F) augmente la constante de temps RC pour la charge/décharge de toute capacité parasite, ralentissant le temps de montée. De même, alimenter la LED IR avec un courant excessif peut provoquer un temps d'extinction plus lent en raison des effets de stockage des porteurs. Pour une vitesse maximale, utilisez le I_L.

recommandé et un R

modérément petit.

9. Principe de fonctionnement

Un photo-interrupteur est un dispositif optoélectronique transmissif. Il contient deux composants séparés dans un seul boîtier : une source de lumière infrarouge (une LED IR) et un détecteur de lumière (un phototransistor), se faisant face de part et d'autre d'un petit espace d'air ou d'une fente. La LED IR est polarisée en direct avec un courant approprié, ce qui lui fait émettre des photons infrarouges. Ces photons traversent l'espace et frappent la région de base du phototransistor NPN. L'énergie des photons génère des paires électron-trou dans la base, créant effectivement un courant de base. Ce courant de base photogénéré est amplifié par le gain du transistor, résultant en un courant collecteur beaucoup plus important qui peut circuler du collecteur à l'émetteur, mettant le transistor à l'état "passant". Lorsqu'un objet opaque est inséré dans la fente, il bloque le trajet lumineux. La photogénération du courant de base s'arrête, le transistor cesse d'être polarisé en direct, et le courant collecteur chute à une valeur très faible (le courant d'obscurité), mettant le transistor à l'état "bloqué". Cette action marche/arrêt fournit un signal numérique net correspondant à la présence ou à l'absence d'un objet.