Fiche technique du photo-interrupteur LTH-306-01 - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-306-01 est un interrupteur optique sans contact et compact, conçu pour la détection fiable d'objets et la détection de position. Son fonctionnement repose sur une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) couplée à un phototransistor, le tout intégré dans un seul boîtier. Lorsqu'un objet traverse l'espace entre l'émetteur et le détecteur, il interrompt le faisceau lumineux IR, provoquant un changement de l'état de sortie du phototransistor. Ce principe permet une commutation précise et sans usure, sans contact physique.

Le dispositif est conçu pour un montage direct sur des cartes de circuits imprimés (PCB) ou dans des supports standard à double rangée, offrant une grande flexibilité de conception. Ses principaux avantages incluent une vitesse de commutation rapide, essentielle pour les applications de comptage et de temporisation à haute vitesse, et sa nature sans contact, qui élimine l'usure mécanique et garantit une fiabilité à long terme. Les marchés cibles typiques comprennent l'automatisation industrielle, l'électronique grand public (par exemple, imprimantes, photocopieurs), les systèmes de sécurité et les distributeurs automatiques où la détection d'objets, la détection de bourrage papier ou la détection de fente est requise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti. Les limites clés incluent :

• Courant direct continu de la diode IR (I_F): 60 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu à la LED.
• Courant direct crête de la diode IR: 1 A pour une largeur d'impulsion de 10 μs à 300 impulsions par seconde. Cela permet des impulsions brèves et de haute intensité pour améliorer la détection du signal.
• Tension collecteur-émetteur du phototransistor (V_CEO): 30 V. La tension maximale qui peut être appliquée entre les broches collecteur et émetteur.
• Plage de température de fonctionnement: -25°C à +85°C. Spécifie la plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Température de soudure des brochesLes valeurs maximales absolues spécifient une température de soudure des broches de 260°C pour une durée maximale de 5 secondes, mesurée à 1,6 mm (0,063") du boîtier plastique. C'est un paramètre critique pour les processus de soudure à la vague ou de soudure manuelle.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent la performance typique du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

2.2.1 Caractéristiques de l'entrée (LED IR)

• Tension directe (V_F): Typiquement 1,2 V à 1,6 V à un courant direct (I_F) de 20 mA. Cette valeur est utilisée pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant pour le circuit de commande de la LED.
• Courant inverse (I_R): Maximum 100 μA à une tension inverse (V_R) de 5 V. Cela indique le courant de fuite de la LED lorsqu'elle est polarisée en inverse.

2.2.2 Caractéristiques de la sortie (Phototransistor)

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO): Minimum 30 V. Garantit que le transistor peut supporter la tension collecteur-émetteur spécifiée.
• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO): Maximum 100 nA à V_CE=10 V. C'est le courant de fuite lorsque la LED est éteinte (pas de lumière), ce qui affecte le niveau du signal à l'état "bloqué".

2.2.3 Caractéristiques du coupleur (combinées)

• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)): Minimum 5,0 mA à V_CE=5 V et I_F=20 mA. C'est le courant de sortie du phototransistor lorsque la LED est pleinement éclairée et non obstruée, indiquant sa sensibilité.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)): Maximum 0,4 V à I_C=2,5 mA et I_F=20 mA. Une faible tension de saturation est souhaitable lorsque le phototransistor est utilisé comme interrupteur en mode de saturation, minimisant la chute de tension.
• Temps de réponse: Le temps de montée (t_r) est typiquement de 3 à 15 μs, et le temps de descente (t_f) est typiquement de 4 à 20 μs dans les conditions de test spécifiées (V_CE=5 V, I_C=2 mA, R_L=100 Ω). Ces paramètres définissent la vitesse de commutation et la bande passante du dispositif, critiques pour la détection d'objets en mouvement rapide.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de caractéristiques électriques/optiques typiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, les courbes standard pour de tels dispositifs incluent généralement :

• Courant direct vs Tension directe (I_F-V_F) pour la LED IR: Montre la relation non linéaire, aidant à déterminer le point de fonctionnement.
• Courant collecteur vs Tension collecteur-émetteur (I_C-V_CE) pour le Phototransistor: À différents niveaux d'éclairement (courant de la LED), cela montre le comportement du transistor de sortie, similaire aux caractéristiques de sortie d'un transistor bipolaire.
• Taux de transfert de courant (CTR) vs Courant direct: Le CTR est le rapport entre le courant collecteur du phototransistor (I_C) et le courant direct de la LED (I_F). Cette courbe montre comment l'efficacité change avec le courant de commande.
• Dépendance à la température du courant d'obscurité (I_CEO) et du courant à l'état passant (I_C(ON)): Illustre comment la performance se dégrade ou varie avec les changements de température ambiante, ce qui est vital pour concevoir des systèmes stables sur toute la plage de fonctionnement spécifiée.

Ces courbes sont essentielles pour que les concepteurs optimisent le point de fonctionnement, assurent l'intégrité du signal en fonction de la température et comprennent les limites du dispositif.

4. Informations mécaniques et de boîtier

Le LTH-306-01 est conçu pour un montage sur PCB ou dans un support. Les dimensions du boîtier sont fournies dans la fiche technique avec toutes les mesures en millimètres (et en pouces). Les notes mécaniques clés incluent :

• Une tolérance standard de ±0,25 mm (±0,010") s'applique, sauf indication contraire sur le dessin coté.
• Le boîtier présente un corps moulé avec un espace précis entre l'émetteur IR et le phototransistor. Les dimensions exactes de cet espace, la hauteur, la largeur et la longueur globales, ainsi que l'espacement des broches sont critiques pour l'intégration mécanique dans le produit final.
• Les broches sont généralement en matériau soudable et sont formées pour un montage traversant.

L'identification de la polarité est cruciale. Le dispositif comporte des marquages (comme un point, une encoche ou des longueurs de broches différentes) pour identifier l'anode et la cathode de la LED IR ainsi que le collecteur et l'émetteur du phototransistor. Une connexion de polarité incorrecte peut endommager les composants.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

The absolute maximum ratings specify a lead soldering temperature of 260°C for a maximum duration of 5 seconds, measured 1.6mm (0.063") from the plastic case. This is a critical parameter for wave soldering or hand-soldering processes.

Recommandations :

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

Un circuit d'application de base implique :

1. Circuit de commande de la LED: Une résistance de limitation de courant en série avec la LED IR. La valeur de la résistance (R_limit) est calculée comme (Tension d'alimentation - V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5 V et I_F=20 mA, avec V_F~1,4 V, R_limit≈ (5-1,4)/0,02 = 180 Ω.
2. Circuit de sortie du phototransistor: Le phototransistor peut être utilisé dans deux configurations courantes :
   • Mode interrupteur (Saturation): Connecter une résistance de rappel (pull-up) du collecteur à une alimentation positive (par exemple, 5 V). L'émetteur est connecté à la masse. Lorsque la lumière atteint le transistor, il sature fortement, tirant la tension du collecteur vers le bas (proche de V_CE(SAT)). Lorsque la lumière est bloquée, le transistor se bloque, et la tension du collecteur est tirée vers le haut par la résistance. La sortie est un signal numérique.
   • Mode linéaire: Utiliser le phototransistor dans une configuration d'amplificateur à émetteur commun avec une résistance de collecteur. La tension de sortie varie linéairement avec l'intensité de la lumière reçue, utile pour la détection analogique.

6.2 Considérations de conception

• Immunité à la lumière ambiante: Le dispositif utilise une lumière IR modulée, mais des sources ambiantes IR puissantes (soleil, ampoules à incandescence) peuvent provoquer des déclenchements intempestifs. L'utilisation d'une commande de LED pulsée avec détection synchrone, ou l'ajout d'un filtre optique, peut améliorer l'immunité.
• Caractéristiques de l'objet: La fiabilité de la détection dépend de l'opacité de l'objet à la longueur d'onde IR. Des matériaux très fins ou translucides peuvent ne pas interrompre complètement le faisceau.
• Alignement: Un alignement mécanique précis du trajet de l'objet avec l'espace du capteur est nécessaire pour un fonctionnement cohérent.
• Vitesse: S'assurer que la vitesse de l'objet et le temps de réponse requis par le système sont compatibles avec les temps de montée/descente du dispositif (plage des microsecondes).
• Bruit électrique: Dans les environnements bruyants, garder les pistes de signal courtes, utiliser des condensateurs de découplage près du dispositif et envisager un blindage.

7. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux micro-interrupteurs mécaniques, le LTH-306-01 offre des avantages clairs : pas de rebond de contact, pas d'usure mécanique, une vitesse de commutation plus rapide et une fiabilité plus élevée sur des millions de cycles. Comparé à d'autres capteurs optiques comme les capteurs réflexifs, les photo-interrupteurs transmissifs (coupleurs à fente) sont généralement plus immunisés aux variations de réflectivité et de couleur de la surface des objets, fournissant un signal marche/arrêt plus cohérent basé uniquement sur l'interruption du faisceau.

Ses principaux points de différenciation dans la catégorie des photo-interrupteurs seraient sa taille de boîtier spécifique (permettant des conceptions compactes), ses caractéristiques électriques (sensibilité définie par I_C(ON), vitesse définie par t_r/t_f), et ses spécifications robustes pour la soudure et la température de fonctionnement.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la durée de vie typique de ce dispositif ?

R : En tant que dispositif à semi-conducteur sans pièces mobiles, sa durée de vie est principalement déterminée par la dégradation progressive de la sortie de la LED. Lorsqu'il est utilisé dans les spécifications, elle dépasse généralement largement la durée de vie des interrupteurs mécaniques, souvent évaluée pour des centaines de milliers à des millions d'opérations.

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

R : Non. Une LED doit être alimentée par une source à courant limité. La connecter directement à une source de tension dépassant sa tension directe provoquera un courant excessif, risquant de la détruire. Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série ou un pilote à courant constant.

Q : Comment interpréter la valeur minimale du "Courant collecteur à l'état passant" (I_C(ON)) ?

R : C'est un courant de sortie minimal garanti dans les conditions de test spécifiées (V_CE=5 V, I_F=20 mA). Dans votre conception, vous devez vous assurer que votre circuit (par exemple, la valeur de votre résistance de rappel) peut fonctionner de manière fiable avec ce courant minimum pour produire une tension logique basse valide lorsque le faisceau n'est pas obstrué.

Q : Le temps de réponse est en microsecondes. Est-ce assez rapide pour mon application ?

R : Pour la plupart des applications de comptage d'objets, de détection de position et de détection de papier, une réponse en microsecondes est plus que suffisante. Par exemple, pour détecter un objet se déplaçant à 1 m/s à travers un espace de 1 mm, le temps d'interruption est de 1 ms (1000 μs), ce qui est beaucoup plus long que le temps de commutation du dispositif. Pour les applications extrêmement haute vitesse, vérifiez la temporisation requise.

9. Cas d'utilisation pratique

Scénario : Détection de bourrage papier dans une imprimante

Le LTH-306-01 peut être placé le long du chemin du papier. Une feuille de papier passant à travers l'espace permet au faisceau IR d'atteindre le phototransistor, maintenant sa sortie dans un état (par exemple, bas). Si un bourrage se produit, le papier s'arrête dans l'espace, bloquant le faisceau et changeant l'état de sortie (par exemple, haut). Ce signal est envoyé au microcontrôleur de l'imprimante, qui peut alors arrêter le fonctionnement et alerter l'utilisateur. La détection sans contact garantit l'absence d'usure sur le papier ou le capteur, et le temps de réponse rapide permet une détection même si le papier se déplace rapidement.

10. Principe de fonctionnement

Le LTH-306-01 est un capteur optique transmissif. Il contient deux composants principaux dans les bras opposés d'un boîtier en forme de U : une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) et un phototransistor NPN au silicium. La LED IR émet une lumière infrarouge invisible lorsqu'elle est polarisée en direct avec un courant approprié. Le phototransistor est conçu pour être sensible à cette longueur d'onde IR spécifique. Lorsqu'aucun objet n'est présent dans l'espace entre eux, la lumière IR brille directement sur la région de base du phototransistor. Cette lumière incidente génère des paires électron-trou, qui agissent comme un courant de base, mettant le transistor en conduction et permettant un courant collecteur significatif (I_C) de circuler. Lorsqu'un objet opaque entre dans l'espace, il bloque le trajet lumineux. Le phototransistor ne reçoit aucune (ou beaucoup moins de) lumière, le courant de base effectif tombe à presque zéro, et le transistor se bloque, réduisant le courant collecteur à un très faible niveau de fuite (I_CEO). Ce changement de courant/tension de sortie est détecté par le circuit externe pour enregistrer un événement "objet présent".

11. Tendances technologiques

Le domaine des composants optoélectroniques comme les photo-interrupteurs continue d'évoluer. Les tendances générales observables dans l'industrie incluent :

• Miniaturisation: Développement d'empreintes de boîtier encore plus petites et de profils plus bas pour s'adapter aux appareils grand public et industriels de plus en plus compacts.
• Intégration améliorée: Intégration de circuits supplémentaires sur puce, tels que des déclencheurs de Schmitt pour l'hystérésis, des résistances de limitation de courant intégrées, voire des interfaces numériques (I2C), simplifiant la conception externe.
• Performance améliorée: Sensibilité plus élevée (permettant des courants de commande de LED plus faibles pour économiser l'énergie), temps de réponse plus rapides pour l'automatisation à haute vitesse et meilleure stabilité en température.
• Accent sur l'efficacité énergétique: Conceptions permettant un fonctionnement pulsé avec des rapports cycliques très faibles pour minimiser la consommation électrique moyenne, crucial pour les applications sur batterie.
• Robustesse: Résistance améliorée aux facteurs environnementaux comme la poussière, l'humidité et les chocs mécaniques.

Ces tendances visent à rendre les solutions de détection optique plus fiables, plus faciles à mettre en œuvre et adaptées à une gamme plus large d'applications.