Fiche Technique LTH-301-19 Photo-interrupteur - Commutation sans contact - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-301-19 est un dispositif de commutation sans contact compact, conçu pour les applications nécessitant une détection fiable d'objets ou une détection de position. Il fonctionne sur le principe d'une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) couplée à un phototransistor. Lorsqu'un objet interrompt le faisceau infrarouge entre l'émetteur et le détecteur, l'état de sortie du phototransistor change, fournissant un signal de commutation. Ce dispositif est adapté au montage direct sur CI ou à l'utilisation avec des supports DIL, offrant une solution rapide et fiable pour diverses applications d'électronique industrielle et grand public.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Limites absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. La diode IR peut supporter un courant direct continu de 60 mA et une tension inverse de 5 V. Le courant collecteur du phototransistor est limité à 20 mA avec une dissipation de puissance de 100 mW. Pour la diode IR, un courant direct crête de 1 A est autorisé en conditions pulsées (largeur d'impulsion 10 μs, 300 pps). Le dispositif est conçu pour une plage de température de fonctionnement de -25°C à +85°C et une plage de stockage de -40°C à +100°C. La température de soudure des broches ne doit pas dépasser 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Cette section détaille les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques à une température ambiante de 25°C.

2.2.1 Caractéristiques de la LED d'entrée

La tension directe (VF) de la DEL IR est typiquement de 1,6V pour un courant direct (IF) de 20mA, avec un maximum de 1,6V. Le courant inverse (IR) est de 100 μA maximum pour une tension inverse (VR) de 5V.

2.2.2 Caractéristiques du phototransistor de sortie

La tension de claquage collecteur-émetteur (V(BR)CEO) est d'au minimum 30V. La tension de claquage émetteur-collecteur (V(BR)ECO) est d'au minimum 5V. Le courant d'obscurité collecteur-émetteur (ICEO) est de 100 nA maximum à VCE=10V, indiquant le courant de fuite lorsque la LED est éteinte.

2.2.3 Caractéristiques du coupleur

La tension de saturation collecteur-émetteur (VCE(SAT)) est de 0,4V maximum lorsque le phototransistor est saturé (IC=70μA, IF=1,4mA). Le courant collecteur à l'état passant (IC(ON)) est typiquement de 70 μA à VCE=3,3V et IF=1,4mA, et peut atteindre 10 mA à VCE=5V et IF=20mA, montrant la sensibilité et la capacité de sortie du dispositif sous différentes conditions de pilotage.

2.2.4 Temps de réponse

La vitesse de commutation est caractérisée par le temps de montée (tr) et le temps de descente (tf). Le temps de montée typique est de 3 μs (max 15 μs), et le temps de descente typique est de 4 μs (max 20 μs), mesurés dans des conditions de test spécifiques (VCE=5V, Ic=2mA, RL=100Ω). Cela définit la capacité du dispositif pour la détection à haute vitesse.

3. Informations mécaniques et de conditionnement

3.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est conditionné dans un boîtier traversant standard. Toutes les dimensions sont spécifiées en millimètres avec une tolérance par défaut de ±0,25 mm sauf indication contraire. Le dessin dimensionnel exact est fourni dans la fiche technique, détaillant la taille du boîtier, l'espacement des broches et l'encombrement global pour l'implantation sur CI.

3.2 Identification de la polarité

L'orientation correcte est cruciale. La fiche technique inclut un diagramme indiquant clairement l'anode et la cathode de la DEL IR ainsi que le collecteur et l'émetteur du phototransistor. Un montage incorrect peut entraîner un dysfonctionnement ou un endommagement.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut des courbes typiques des caractéristiques électriques et optiques, tracées à une température ambiante de 25°C sauf indication contraire. Ces graphiques sont essentiels pour comprendre le comportement du dispositif au-delà des valeurs minimales, typiques et maximales tabulées.

4.1 Caractéristiques de transfert

Les courbes montrent probablement la relation entre le courant direct de la LED d'entrée (IF) et le courant collecteur du phototransistor de sortie (IC) pour différentes tensions collecteur-émetteur (VCE). Cela illustre le rapport de transfert de courant (CTR), un paramètre clé pour le gain.

4.2 Caractéristiques de saturation en sortie

Les graphiques représentant VCE(SAT) en fonction de IC pour différents niveaux de IF aident les concepteurs à comprendre les niveaux de tension de sortie lorsque le phototransistor est complètement passant, ce qui est important pour l'interface avec les circuits logiques.

4.3 Dépendance à la température

Bien que les données principales soient à 25°C, les courbes caractéristiques peuvent montrer comment des paramètres comme le courant d'obscurité (ICEO) et le courant de sortie varient avec la température, ce qui est crucial pour concevoir des systèmes stables sur la plage de fonctionnement spécifiée.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

5.1 Paramètres de soudure

La limite absolue spécifie que les broches peuvent être soudées à 260°C pendant un maximum de 5 secondes, la température étant mesurée à 1,6 mm (0,063") du boîtier plastique. Ceci est critique pour éviter les dommages thermiques aux composants internes et au boîtier plastique.

5.2 Manipulation et stockage

Le dispositif doit être stocké dans la plage de température spécifiée de -40°C à +100°C. Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées pendant la manipulation et l'assemblage pour éviter d'endommager les jonctions semi-conductrices.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

Le LTH-301-19 est idéal pour la détection sans contact dans les imprimantes (détection de bourrage papier, niveau de toner), photocopieurs, distributeurs automatiques (détection de pièces/objets), l'automatisation industrielle (détection de position, fin de course) et l'électronique grand public. Sa vitesse de commutation rapide le rend adapté aux applications de comptage ou de mesure de vitesse.

6.2 Considérations de conception

Résistance de limitation de courant :Une résistance externe doit être utilisée en série avec la DEL IR pour limiter son courant direct (IF) à une valeur sûre, typiquement entre la condition de test de 1,4mA et le maximum absolu de 60mA, équilibrant ainsi luminosité et durée de vie.
Résistance de charge :La valeur de la résistance de charge (RL) connectée au collecteur du phototransistor affecte à la fois l'amplitude de la tension de sortie et le temps de réponse. Une RL plus petite permet une commutation plus rapide mais une amplitude de tension de sortie plus faible.
Lumière ambiante :En tant que dispositif infrarouge, il est moins sensible aux interférences de la lumière ambiante visible. Cependant, pour les applications critiques, un blindage mécanique ou des techniques de modulation/démodulation peuvent être employés pour améliorer l'immunité au bruit.
Alignement :Un alignement mécanique précis entre les fentes de l'émetteur et du détecteur est nécessaire pour des performances optimales et une distance de détection maximale.

7. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux interrupteurs mécaniques, le LTH-301-19 offre l'avantage clé d'un fonctionnement sans contact, ce qui élimine l'usure, prolonge la durée de vie, permet un fonctionnement silencieux et offre des vitesses de commutation potentiellement plus élevées. Comparé à d'autres capteurs optiques, son boîtier à fente intégré fournit un chemin optique intégré, simplifiant la conception mécanique et améliorant la fiabilité de l'alignement par rapport à des composants émetteur et détecteur séparés. La tension de saturation spécifiée (VCE(SAT)<0,4V) garantit une bonne compatibilité avec les circuits logiques basse tension.

8. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Quel est l'objectif du paramètre de courant d'obscurité (ICEO) ?
R : Le courant d'obscurité est le faible courant de fuite qui traverse le phototransistor lorsqu'aucune lumière de la DEL IR n'est incidente (c'est-à-dire que le faisceau est bloqué ou que la LED est éteinte). Un faible courant d'obscurité (max 100 nA) est souhaitable car il minimise le courant à l'état "bloqué", conduisant à une distinction plus nette entre les états passant et bloqué de l'interrupteur.

Q : Comment choisir la valeur de la résistance de limitation de courant pour la LED ?
R : Utilisez la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF. Vcc est votre tension d'alimentation, VF est la tension directe de la LED (utilisez 1,6V pour la marge de conception), et IF est votre courant de fonctionnement souhaité (par ex., 20mA pour une sortie maximale). Assurez-vous que la dissipation de puissance calculée dans la résistance est dans ses limites.

Q : Ce capteur peut-il être utilisé en extérieur ?
R : La plage de température de fonctionnement est de -25°C à +85°C, ce qui couvre de nombreux environnements. Cependant, la lumière directe du soleil contient un rayonnement infrarouge intense qui pourrait saturer le capteur. L'étanchéité environnementale contre la poussière et l'humidité ne fait pas partie des spécifications du boîtier et doit être considérée séparément.

Q : Qu'est-ce qui affecte la distance ou l'écart de détection ?
R : L'écart de détection est influencé par le courant de pilotage de la LED (IF), la sensibilité du phototransistor, l'alignement et l'opacité de l'objet interrompant le faisceau. La fiche technique ne spécifie pas d'écart maximum ; il doit être déterminé empiriquement pour un objet spécifique et une marge de signal requise.

9. Cas d'utilisation pratique

Cas : Détection de papier dans une imprimante de bureau.Le LTH-301-19 peut être monté de sorte que le chemin du papier traverse sa fente. Une broche GPIO d'un microcontrôleur, configurée avec une résistance de tirage au niveau haut, surveille le collecteur du phototransistor. Lorsqu'il n'y a pas de papier, le faisceau IR atteint le détecteur, mettant le phototransistor à l'état passant et tirant la tension du collecteur vers le bas (près de VCE(SAT)). Lorsque le papier entre dans la fente, il bloque le faisceau, coupant le phototransistor, permettant à la résistance de tirage de tirer la tension du collecteur au niveau haut vers Vcc. Le microcontrôleur détecte cette transition de tension pour confirmer la présence de papier ou déclencher une alerte de fin de papier. Le temps de réponse rapide assure la détection même pour du papier se déplaçant rapidement.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Le LTH-301-19 est un capteur optique de type transmission logé dans un boîtier plastique en forme de U. D'un côté, une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) émet de la lumière à une longueur d'onde typiquement autour de 940 nm. Directement en face, de l'autre côté de la fente, un phototransistor NPN au silicium agit comme récepteur. Le phototransistor est conçu de sorte que la lumière incidente sur sa région de base génère des paires électron-trou, qui agissent comme un courant de base, contrôlant ainsi un courant collecteur-émetteur beaucoup plus important. Lorsqu'aucun objet n'est présent dans la fente, la lumière de la DEL IR frappe le phototransistor, le faisant conduire (état PASSANT). Lorsqu'un objet entre dans la fente, il obstrue le chemin lumineux, réduisant considérablement la lumière sur le phototransistor, ce qui le fait cesser de conduire (état BLOQUÉ). Ce changement de courant/tension de sortie est utilisé comme signal de commutation.

11. Tendances technologiques

Les photo-interrupteurs comme le LTH-301-19 représentent une technologie mature et fiable. Les tendances actuelles dans le domaine incluent la miniaturisation du boîtier pour un montage sur CI à plus haute densité, le développement de versions CMS (composant monté en surface) pour faciliter l'assemblage automatisé, et l'intégration de circuits supplémentaires tels que des déclencheurs de Schmitt ou des amplificateurs dans le boîtier pour fournir un signal numérique propre et améliorer l'immunité au bruit. Il y a également un accent sur la réduction de la consommation d'énergie, en particulier pour les applications alimentées par batterie, en optimisant l'efficacité de la LED et la sensibilité du phototransistor. De plus, certaines variantes avancées intègrent plusieurs émetteurs ou détecteurs dans un seul boîtier pour la détection de position codée ou pour fournir une redondance.