Fiche technique du photo-interrupteur LTH-301-05 - Commutation sans contact - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-301-05 est un photo-interrupteur à réflexion, un type de composant optoélectronique qui combine une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) et un phototransistor dans un boîtier compact unique. Sa fonction principale est de détecter la présence ou l'absence d'un objet sans contact physique, ce qui en fait un commutateur sans contact. L'avantage fondamental de ce dispositif réside dans sa fiabilité et sa longévité, car il élimine l'usure mécanique associée aux commutateurs traditionnels. Il est conçu pour un montage direct sur circuit imprimé (PCB) ou pour être utilisé avec une prise double en ligne, offrant ainsi une flexibilité d'assemblage. Sa vitesse de commutation rapide le rend adapté aux applications nécessitant une détection rapide, comme dans les imprimantes, photocopieurs, distributeurs automatiques et équipements d'automatisation industrielle où la détection de position, le comptage d'objets ou la détection de bord sont requis.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement continu. Les paramètres clés incluent :

• Courant direct continu de la diode IR (I_F)F) : 60 mA. C'est le courant en régime permanent maximal pouvant traverser la LED.
• Courant direct crête de la diode IRF(PEAK) : 1 A (pour des impulsions de 10 μs de largeur à 300 impulsions par seconde). Cela permet des impulsions brèves et de haute intensité pour améliorer la détection du signal.
• Courant collecteur du phototransistor (I_C)C) : 20 mA. Le courant maximal que le transistor de sortie peut supporter.
• Tension collecteur-émetteur du phototransistor (V_CEO)CEO) : 30 V. La tension maximale pouvant être appliquée entre le collecteur et l'émetteur du phototransistor.
• Plage de température de fonctionnement : -25°C à +85°C. Cela définit la plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Température de soudure des broches : 260°C pendant 5 secondes à une distance de 1,6 mm du boîtier. Ceci est critique pour l'assemblage afin d'éviter les dommages thermiques.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante (T_AA) de 25°C et définissent la performance typique du dispositif.

2.2.1 Caractéristiques de l'entrée (LED IR)

• Tension directe (V_F)F) : Typiquement 1,2 V à 1,6 V à un courant direct (I_FF) de 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est allumée.
• Courant inverse (I_R)R) : Maximum 100 μA à une tension inverse (V_RR) de 5 V. Cela indique le faible courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse.

2.2.2 Caractéristiques de la sortie (Phototransistor)

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO)) : Minimum 30 V. La tension à laquelle le transistor se claque lorsque la base est ouverte.
• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO)CEO(DARK)) : Maximum 100 nA à V_CECE=10 V. C'est le courant de fuite du phototransistor lorsqu'aucune lumière n'incide (c'est-à-dire le courant à l'état "bloqué"). Une valeur faible est souhaitable pour un bon contraste entre les états bloqué et passant.

2.2.3 Caractéristiques du coupleur (combinées)

Ces paramètres décrivent le comportement de la LED et du phototransistor fonctionnant ensemble.

• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT))) : Maximum 0,4 V lorsque le phototransistor est complètement saturé (I_CC=0,25 mA, I_FF=20 mA). Une faible tension de saturation est favorable pour l'interfaçage avec une logique numérique.
• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON))) : Minimum 0,5 mA lorsque la LED est alimentée (I_FF=20 mA) et V_CECE=5 V. C'est le photocourant généré, qui détermine l'amplitude du signal de sortie.
• Temps de réponse : Ce paramètre définit la rapidité avec laquelle la sortie réagit à un changement de la lumière d'entrée.
  • Temps de montée (t_r)R) : Typiquement 3 μs, maximum 15 μs. Le temps nécessaire au courant de sortie pour passer de 10% à 90% de sa valeur finale lorsque la LED est allumée.
  • Temps de descente (t_f)F) : Typiquement 4 μs, maximum 20 μs. Le temps nécessaire au courant de sortie pour passer de 90% à 10% de sa valeur initiale lorsque la LED est éteinte.

3. Informations mécaniques et d'emballage

3.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif possède un boîtier traversant standard à quatre broches. Les dimensions exactes sont fournies dans les dessins de la fiche technique. Les notes clés incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres, avec les pouces entre parenthèses.
• La tolérance standard est de ±0,25 mm (±0,010") sauf indication contraire spécifique.
• Le boîtier est conçu pour la stabilité pendant les processus de soudure à la vague ou de soudure manuelle.

3.2 Identification de la polarité

L'orientation correcte est cruciale. Le diagramme de la fiche technique indique clairement les broches anode et cathode pour la LED IR et les broches collecteur et émetteur pour le phototransistor. Monter le dispositif incorrectement peut entraîner un dysfonctionnement ou des dommages permanents.

4. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée garantit la fiabilité et la longévité du dispositif.

• Soudure : Les broches peuvent être soudées à une température maximale de 260°C, mais cette chaleur ne doit être appliquée que pendant une durée maximale de 5 secondes. Il est essentiel de maintenir la distance spécifiée (1,6 mm / 0,063") par rapport au corps du boîtier en plastique pour éviter la fusion ou la déformation de l'emballage.
• Nettoyage : Utilisez des solvants appropriés compatibles avec le matériau plastique du dispositif. Évitez le nettoyage par ultrasons à certaines fréquences qui pourraient provoquer des contraintes internes ou des fissures.
• Conditions de stockage : Pour préserver les performances, stockez les dispositifs dans un environnement avec une plage de température de -40°C à +100°C et une faible humidité, de préférence dans un emballage antistatique pour éviter les dommages par décharge électrostatique (ESD).

5. Suggestions d'application

5.1 Scénarios d'application typiques

• Détection de papier dans les imprimantes/photocopieurs : Détection des bourrages papier, de la fin du papier ou des doubles-feuilles.
• Comptage d'objets : Comptage d'articles sur un tapis roulant ou à travers une goulotte.
• Détection de position/vitesse : Détection des fentes d'une roue codeuse pour déterminer la position angulaire ou la vitesse d'un moteur.
• Distributeurs automatiques : Vérification du passage de pièces ou de la distribution de produits.
• Systèmes de sécurité : En tant qu'élément d'un capteur à barrière optique pour la détection d'intrusion.

5.2 Considérations de conception

• Limitation du courant de la LED : Utilisez toujours une résistance en série avec la LED IR pour limiter le courant direct (I_FF) à une valeur sûre, typiquement entre 10 mA et 20 mA pour un équilibre entre la force du signal de sortie et la durée de vie du dispositif. La valeur de la résistance peut être calculée avec R = (V_CCCC - V_FF) / I_F.
• F.Polarisation du phototransistor_CC : Une résistance de rappel (pull-up) est généralement connectée entre le collecteur du phototransistor et la tension d'alimentation positive (V
• CC). L'émetteur est connecté à la masse. La valeur de cette résistance (souvent entre 1 kΩ et 10 kΩ) et la tension d'alimentation déterminent l'excursion de tension de sortie et la vitesse de réponse. Une résistance plus petite donne une réponse plus rapide mais une excursion de tension de sortie plus faible (et une consommation plus élevée à l'état passant).Immunité à la lumière ambiante
• : Comme le dispositif utilise de la lumière infrarouge, il est relativement immunisé à la lumière ambiante visible. Cependant, des sources fortes de rayonnement IR (comme la lumière du soleil ou les ampoules à incandescence) peuvent provoquer des déclenchements intempestifs. L'utilisation d'un signal IR modulé et d'un circuit de démodulation peut grandement améliorer l'immunité au bruit.Entraxe et réflectivité

: La distance de détection et la force du signal dépendent de la réflectivité de l'objet cible et de la largeur de l'entraxe entre le capteur et l'objet. Les objets sombres et non réfléchissants produiront un signal plus faible.

6. Principe de fonctionnement

Le LTH-301-05 fonctionne sur un principe optique simple. La LED IR interne émet un faisceau de lumière infrarouge. En face de la LED se trouve un phototransistor. À l'état "libre", ce faisceau lumineux traverse un petit entraxe et frappe le phototransistor, le faisant conduire (état passant). Lorsqu'un objet est inséré dans cet entraxe, il bloque la lumière infrarouge. En l'absence de lumière incidente sur le phototransistor, celui-ci cesse de conduire (état bloqué). Ce changement d'état électrique du phototransistor (de passant à bloqué, ou vice-versa) est détecté par le circuit externe, enregistrant ainsi la présence de l'objet. Le phototransistor agit essentiellement comme une source de courant contrôlée par l'intensité lumineuse.

7. Analyse des courbes de performance

• La fiche technique inclut des courbes caractéristiques typiques qui sont inestimables pour une analyse de conception détaillée. Bien que des graphiques spécifiques ne soient pas reproduits ici en texte, ils illustrent généralement les relations suivantes :_FCourant direct vs. Tension directe (I_FF-VF) pour la LED
• : Montre la relation non linéaire, aidant à déterminer la chute de tension exacte à différents courants de fonctionnement._CCourant collecteur vs. Tension collecteur-émetteur (I_CEC-VCE) pour le Phototransistor
• : À différents niveaux de lumière incidente (ou différents courants d'alimentation de la LED), ces courbes montrent les caractéristiques de sortie du transistor, similaires aux courbes de sortie d'un transistor bipolaire._CCourant collecteur vs. Courant direct (I_F)C-I_CF) : Cette courbe caractéristique de transfert est cruciale. Elle montre comment le photocourant de sortie (I_FC) varie avec le courant d'entrée de la LED (I
• F). Elle définit le taux de transfert de courant (CTR), qui est un paramètre clé d'efficacité pour le coupleur.Dépendance à la température_F : Les courbes montrent souvent comment des paramètres comme la tension directe (V_CEOF), le courant d'obscurité (I_{CEO(DARK)) et le courant à l'état passant (I}C(ON)) varient avec la température ambiante. Ceci est critique pour concevoir des systèmes fonctionnant sur une large plage de températures.

8. Questions courantes basées sur les paramètres techniques

1. Q : Quelle est la distance de détection typique ?R : La distance de détection n'est pas une valeur fixe unique dans la fiche technique. Elle dépend de la conception mécanique spécifique de l'entraxe, du courant d'alimentation de la LED (I_FF), de la sensibilité du circuit de réception et de la réflectivité de l'objet interrompant. Le concepteur doit la déterminer en fonction du paramètre I_C(ON) et de la configuration de l'application.
2. Q : Puis-je alimenter la LED directement depuis une broche d'un microcontrôleur ?R : C'est possible, mais vous devez vérifier deux choses : a) La capacité de courant maximale de la broche du microcontrôleur doit être supérieure à votre I_FF souhaité (par ex., 20 mA). b) Vous DEVEZ inclure une résistance de limitation de courant en série comme décrit dans les considérations de conception. Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension.
3. Q : Comment interfacer la sortie avec une entrée numérique ?R : La méthode la plus simple est d'utiliser une résistance de rappel (pull-up) sur le collecteur. Lorsque le trajet lumineux est libre, le phototransistor est passant, tirant la tension du collecteur vers le bas (proche de V_CE(SAT)). Lorsque la lumière est bloquée, le transistor est bloqué, et la résistance de rappel tire la tension du collecteur vers le haut (vers V_CCCC). Cela fournit un signal propre au niveau logique.
4. Q : Pourquoi le temps de réponse est-il important ?R : Des temps de réponse rapides (microsecondes) permettent au capteur de détecter des objets se déplaçant très rapidement ou des événements séquentiels rapides sans manquer de comptes. Ceci est essentiel dans les machines à haute vitesse, les applications de codeurs ou les systèmes de communication utilisant de la lumière pulsée.
5. Q : Que se passe-t-il si je dépasse les valeurs maximales absolues ?R : Dépasser ces limites, même brièvement, peut causer des dommages immédiats ou latents au dispositif. Cela peut inclure la dégradation de la puissance lumineuse de la LED, l'augmentation du courant d'obscurité dans le phototransistor, ou une défaillance complète (circuit ouvert ou court-circuit). Conçoivez toujours avec une marge de sécurité.

9. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Mesure de la vitesse de rotation (RPM) d'un petit moteur à courant continu

Un concepteur doit mesurer la vitesse de rotation d'un arbre de moteur. Il fixe un petit disque à encoches sur l'arbre. Le LTH-301-05 est monté de sorte que le disque tourne dans son entraxe de détection. Chaque fois qu'une encoche passe dans l'entraxe, la lumière atteint le phototransistor, provoquant une impulsion en sortie. La LED est alimentée par un courant constant de 15 mA via une résistance. Le collecteur du phototransistor est connecté à une alimentation de 5 V à travers une résistance de rappel de 4,7 kΩ et également à une broche d'entrée capable d'interruption d'un microcontrôleur.

Le micrologiciel du microcontrôleur est programmé pour compter le nombre d'impulsions (fronts montants ou descendants) reçues dans une fenêtre de temps fixe (par exemple, une seconde). Comme le disque a, par exemple, 20 encoches, le nombre d'impulsions par seconde divisé par 20 donne les tours par seconde, qui sont facilement convertis en RPM. Les temps de montée et de descente rapides du capteur garantissent que même à des vitesses de moteur élevées, les impulsions sont propres et comptées avec précision, sans manquer de fronts dus à une réponse lente du capteur.

10. Tendances d'évolution

Les photo-interrupteurs comme le LTH-301-05 représentent une technologie mature et fiable. Les tendances actuelles dans le domaine plus large des capteurs optoélectroniques se concentrent sur :

• Miniaturisation : Développement de boîtiers CMS (composants montés en surface) encore plus petits pour économiser de l'espace sur les cartes dans l'électronique moderne.
• Intégration:
  • : Intégration de la résistance de limitation de courant pour la LED en interne.
  • : Inclusion d'un trigger de Schmitt ou d'un comparateur dans le boîtier pour fournir directement une sortie numérique propre, simplifiant le circuit d'interface.
  • : Ajout de circuits de rejet de la lumière ambiante ou de logique de modulation/démodulation sur puce pour une immunité au bruit supérieure.
• Performance améliorée : Amélioration du taux de transfert de courant (CTR) pour une consommation d'énergie plus faible ou des distances de détection plus longues, et réduction supplémentaire des temps de réponse pour les applications ultra-rapides.
• Spécialisation : Création de variantes avec des entraxes très étroits pour une détection de bord précise, ou avec différentes longueurs d'onde pour la détection de matériaux spécifiques (par ex., détection de films transparents).

Malgré ces avancées, le photo-interrupteur à réflexion fondamental reste une solution économique et robuste pour une vaste gamme d'applications de détection sans contact, et comprendre ses paramètres détaillés, comme décrit dans cette fiche technique, est la première étape vers une conception réussie.