Fiche technique du capteur photo-interrupteur LTH-309-08 - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-309-08 est un photo-interrupteur de type réfléchissant, un capteur optoélectronique qui intègre une diode électroluminescente (DEL) infrarouge 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, en détectant l'interruption du faisceau lumineux infrarouge réfléchi par une surface. Ce dispositif est conçu pour un montage direct sur carte de circuit imprimé (PCI) ou pour être inséré dans un support DIL standard, ce qui le rend très polyvalent pour les processus d'assemblage automatisés.

L'avantage principal de ce capteur réside dans sa capacité de commutation sans contact, ce qui élimine l'usure mécanique, garantissant une haute fiabilité et une longue durée de vie opérationnelle. Il est particulièrement adapté aux applications nécessitant des temps de réponse rapides et une détection précise d'objets dans des espaces restreints. Les marchés cibles typiques incluent les équipements de bureautique (imprimantes, photocopieurs), l'automatisation industrielle (compteurs sur convoyeurs, détection de position), l'électronique grand public et divers instruments de mesure où une détection fiable des objets est cruciale.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Limites absolues de fonctionnement

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• DEL d'entrée :Le courant direct continu ne doit pas dépasser 50 mA, avec un courant direct de crête de 1 A autorisé en conditions pulsées (300 pps, largeur d'impulsion de 10 µs). La dissipation de puissance maximale pour la DEL est de 75 mW. Une tension inverse supérieure à 5 V doit être évitée.
• Phototransistor de sortie :Le courant de collecteur est limité à 20 mA. La tension collecteur-émetteur peut supporter jusqu'à 30 V, tandis que la tension émetteur-collecteur est limitée à 5 V. La dissipation de puissance du phototransistor ne doit pas dépasser 100 mW.
• Limites environnementales :Le composant est conçu pour fonctionner dans une plage de température ambiante de -25°C à +85°C. Le stockage peut s'effectuer de -55°C à +100°C. Pour la soudure, les broches peuvent supporter 260°C pendant 5 secondes, mesuré à 1,6 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent les performances attendues dans des conditions de fonctionnement normales.

• Tension directe de la DEL (V_F) :Typiquement de 1,2V à 1,6V lorsqu'elle est alimentée par un courant direct (I_F) de 20 mA. Ce paramètre est crucial pour concevoir la résistance de limitation de courant dans le circuit de commande.
• Courant d'obscurité du phototransistor (I_CEO) :Le courant de fuite lorsqu'aucune lumière n'atteint le capteur, spécifié à un maximum de 100 nA à V_CE=10V. Un faible courant d'obscurité est essentiel pour un bon rapport signal/bruit, en particulier dans les applications à faible luminosité ou à gain élevé.
• Courant de collecteur à l'état passant (I_C(ON)) :Le courant de collecteur minimum est de 0,5 mA lorsque la DEL est alimentée à I_F=20mA et V_CE=5V. Ce paramètre indique la sensibilité du phototransistor.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :La chute de tension aux bornes du phototransistor lorsqu'il est complètement "passant", typiquement 0,4V à I_C=0,25mA et I_F=20mA. Une faible tension de saturation est souhaitable pour l'interfaçage avec les circuits logiques basse tension.
• Temps de réponse :La vitesse de commutation du capteur est caractérisée par le temps de montée (T_R) et le temps de descente (T_F). Les valeurs typiques sont de 3-15 µs pour le temps de montée et de 4-20 µs pour le temps de descente dans des conditions de test de V_CE=5V, I_C=2mA, et R_L=100Ω. Cette commutation rapide permet la détection d'objets en mouvement rapide.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes typiques de caractéristiques électriques/optiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, leur objectif général et les informations qu'ils apportent peuvent être expliqués.

Ces courbes représentent généralement des paramètres clés en fonction de variables comme la température ou le courant de commande. Par exemple, une courbe montrant I_C(ON)en fonction de I_F(courant direct de la DEL) aiderait un concepteur à comprendre la relation entre la puissance d'entrée et l'intensité du signal de sortie, permettant d'optimiser l'alimentation de la DEL pour la sensibilité et la consommation souhaitées. Une autre courbe courante est I_C(ON)en fonction de la température ambiante, ce qui est essentiel pour comprendre comment les performances du capteur se dégradent ou varient aux températures extrêmes, assurant un fonctionnement fiable sur toute la plage spécifiée de -25°C à +85°C. Ces graphiques sont essentiels pour une conception de système robuste au-delà des spécifications nominales au point de 25°C.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

Le LTH-309-08 est conçu pour une intégration compacte. Les dimensions du boîtier sont fournies dans la fiche technique avec toutes les mesures en millimètres (et en pouces entre parenthèses). Les notes mécaniques clés incluent :

• Une tolérance générale de ±0,25mm (±0,010") s'applique sauf indication contraire.
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps en plastique du boîtier, ce qui est critique pour la conception de l'empreinte sur la carte.
• Le boîtier est de type traversant standard, facilitant les processus de soudure manuelle et à la vague.

L'identification correcte de la polarité est implicite par le brochage standard pour ces dispositifs : l'anode et la cathode de la DEL sont d'un côté, et le collecteur et l'émetteur du phototransistor sont de l'autre. Les concepteurs doivent consulter le dessin dimensionnel pour confirmer l'agencement exact des broches et l'orientation pour un placement correct sur la carte.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La fiche technique spécifie une limite de température de soudure des broches de 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm (0,063 pouces) du corps du boîtier. C'est un paramètre critique pour le contrôle des processus pendant la soudure à la vague ou la soudure manuelle.

• Soudure par refusion :Bien que principalement un composant traversant, s'il est utilisé sur une carte à technologie mixte, une extrême prudence est de mise pendant la refusion. Le boîtier plastique a une tolérance thermique inférieure à celle des composants CMS. Il n'est généralement pas recommandé pour les profils de refusion infrarouge ou à convection standard, sauf qualification spécifique.
• Soudure manuelle :Utilisez un fer à souder à température contrôlée. Appliquez la chaleur à la jonction broche/pastille rapidement et efficacement pour minimiser le transfert de chaleur vers la puce semi-conductrice sensible à l'intérieur du boîtier. N'appliquez pas de soudure directement sur la pointe du fer sur la broche du composant pendant une période prolongée.
• Nettoyage :Utilisez des solvants de nettoyage compatibles avec le plastique du boîtier pour éviter la fissuration ou la dégradation.
• Conditions de stockage :Stockez dans un environnement sec et anti-statique, dans la plage de température spécifiée de -55°C à +100°C, pour éviter l'absorption d'humidité (qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la soudure) et les dommages par décharge électrostatique.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

• Détection de papier dans les imprimantes/photocopieurs :Détection des bourrages papier, des bacs vides ou de la présence de papier à des points spécifiques du chemin du papier.
• Comptage d'objets sur convoyeurs :Comptage de produits, bouteilles ou composants lorsqu'ils passent un point fixe.
• Détection de position :Détection de la position de repos d'un chariot mobile (comme dans un scanner ou un traceur) ou de l'état ouvert/fermé d'une porte ou d'un couvercle.
• Détection de disque d'encodeur rotatif :Utilisé conjointement avec une roue à fentes pour créer un encodeur optique basse résolution pour la rétroaction de vitesse ou de position.

6.2 Considérations de conception

• Alimentation en courant de la DEL :Utilisez une source de courant constant ou une résistance de limitation de courant en série avec la DEL pour maintenir un I_F stable, typiquement autour de 20 mA selon les conditions de test, pour une sortie cohérente. Pulsation de la DEL à un courant plus élevé peut augmenter la distance de détection mais doit rester dans les limites absolues maximales.
• Polarisation du phototransistor :Une résistance de rappel (R_L) est connectée entre le collecteur et la tension d'alimentation (V_CC). La valeur de R_Laffecte à la fois l'excursion de tension de sortie et le temps de réponse. Un R_Lplus petit donne une réponse plus rapide mais un changement de tension de sortie plus faible. L'émetteur est typiquement connecté à la masse.
• Interface de sortie :La sortie du phototransistor peut être envoyée directement sur une entrée à déclenchement de Schmitt d'un microcontrôleur pour une détection numérique, ou sur une entrée analogique pour mesurer l'intensité de la lumière réfléchie. Pour les environnements bruyants, l'ajout d'un petit condensateur entre le collecteur et l'émetteur du phototransistor peut aider à filtrer le bruit haute fréquence.
• Surface cible :Les performances de détection réfléchissante dépendent fortement de la réflectivité, de la couleur et de la distance de la cible. Pour un fonctionnement cohérent, calibrez le seuil de détection en fonction du matériau cible spécifique. L'espace de détection doit être minimisé pour une meilleure intensité du signal.
• Immunité à la lumière ambiante :Comme le capteur utilise une lumière infrarouge, il est quelque peu immunisé contre la lumière ambiante visible. Cependant, des sources fortes de lumière infrarouge (comme la lumière du soleil ou les ampoules à incandescence) peuvent provoquer des déclenchements erronés. L'utilisation d'un signal de DEL modulé et d'une détection synchrone dans le circuit récepteur peut grandement améliorer l'immunité à la lumière ambiante.

7. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux interrupteurs de fin de course mécaniques, le LTH-309-08 offre des avantages clairs : pas de pièces mobiles, fiabilité supérieure, réponse plus rapide et fonctionnement silencieux. Dans la catégorie des photo-interrupteurs, ses principaux points de différenciation découlent de ses paramètres spécifiés. La vitesse de commutation rapide (temps de montée de 3-15 µs) le rend adapté aux applications à plus haute vitesse que les phototransistors plus lents. La tension de saturation relativement faible (0,4V) permet une meilleure compatibilité avec les systèmes logiques modernes à 3,3V par rapport aux dispositifs avec un V_CE(SAT) plus élevé. Le boîtier DIP traversant standard offre robustesse et facilité de prototypage, bien qu'il occupe plus d'espace sur la carte que les alternatives CMS. Les concepteurs choisiraient cette référence pour des applications nécessitant un équilibre entre vitesse, sensibilité et fiabilité éprouvée dans un format de boîtier standard.

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

• Q : Puis-je alimenter la DEL avec une logique 3,3V ?R : Oui, mais vous devez calculer soigneusement la résistance série. Avec un V_F typique de 1,6V à 20mA, la valeur de la résistance serait (3,3V - 1,6V) / 0,02A = 85Ω. Utilisez le V_F maximum de la fiche technique pour une conception sûre.
• Q : Quelle est la distance de détection maximale ?R : La fiche technique ne spécifie pas de distance. Cela dépend du courant de commande de la DEL, de la réflectivité de la cible et du I_C(ON) requis. Il est préférable de la déterminer empiriquement pour votre cible spécifique. Généralement, les capteurs réfléchissants fonctionnent mieux à courte portée (quelques millimètres).
• Q : Comment protéger le phototransistor des surtensions ?R : Bien qu'il ait un V_(BR)CEO de 30V, pour la fiabilité dans des environnements inductifs, une petite diode de suppression de tension transitoire (TVS) ou une diode standard en polarisation inverse entre le collecteur et l'émetteur peut être ajoutée.
• Q : Puis-je l'utiliser dans un environnement poussiéreux ?R : L'accumulation de poussière sur la lentille atténuera le faisceau lumineux, réduisant la sensibilité et pouvant provoquer des défaillances. Le dispositif n'est pas étanche. Pour les environnements sévères, envisagez un dispositif avec une fente étanche ou prévoyez une protection externe.

9. Étude de cas d'application pratique

Scénario : Capteur de fin de papier dans une imprimante de bureau.Le LTH-309-08 est monté sur la carte principale près du bac d'alimentation en papier. Un drapeau en plastique blanc, attaché au mécanisme du bac à papier, se déplace dans l'espace de détection du capteur lorsque la pile de papier est épuisée. À l'état "papier présent", le drapeau est hors de l'espace, permettant à la lumière infrarouge de la DEL de se réfléchir sur une surface fixe à l'intérieur de l'imprimante vers le phototransistor, générant un I_C(ON) élevé et une sortie logique BASSE au collecteur (avec une résistance de rappel). Lorsque le papier est épuisé, le drapeau se déplace dans l'espace, bloquant le chemin lumineux. Le phototransistor se coupe, provoquant la remontée de la tension du collecteur au niveau HAUT par la résistance. Le microcontrôleur de l'imprimante détecte ce signal HAUT et déclenche un avertissement "Fin de papier" sur l'écran. Le temps de réponse rapide assure une détection immédiate, tandis que la nature sans contact garantit que le capteur ne s'usera pas pendant la durée de vie de l'imprimante.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Un photo-interrupteur fonctionne sur le principe de la détection de lumière modulée. La DEL infrarouge interne émet de la lumière lorsqu'elle est polarisée en direct. En face de la DEL se trouve un phototransistor. Dans un type réfléchissant comme le LTH-309-08, les deux éléments font face à la même direction. La lumière émise sort du boîtier, frappe une surface cible, et une fraction est réfléchie vers le boîtier où elle atteint le phototransistor. Le phototransistor agit comme un interrupteur commandé par la lumière. Lorsque les photons frappent sa région de base, ils génèrent des paires électron-trou, fournissant effectivement un courant de base. Cela fait que le transistor se met "passant", permettant à un courant de collecteur (I_C) de circuler, proportionnel à l'intensité de la lumière reçue. Lorsque le chemin lumineux est bloqué (par exemple par un objet), le phototransistor se "bloque", et seul un faible courant d'obscurité circule. Ce changement d'état passant/bloqué du courant de collecteur est utilisé pour générer un signal numérique indiquant la présence ou l'absence de l'objet interrompant le chemin lumineux.

11. Tendances technologiques

La tendance pour les capteurs optoélectroniques comme les photo-interrupteurs va vers la miniaturisation, une intégration plus élevée et des fonctionnalités améliorées. Les boîtiers CMS (Composants Montés en Surface) deviennent la norme pour économiser de l'espace sur la carte et permettre un assemblage automatisé par pick-and-place. Il y a également une tendance à intégrer le capteur avec un circuit de conditionnement de signal (amplificateurs, déclencheurs de Schmitt, sorties logiques) sur une seule puce, créant des capteurs à sortie numérique plus faciles à interfacer directement avec les microcontrôleurs. De plus, des progrès sont réalisés pour améliorer le rejet de la lumière ambiante grâce à des filtrages optiques et des techniques de modulation plus intelligentes. Bien que le principe fondamental reste inchangé, ces tendances visent à rendre les capteurs plus petits, plus intelligents, plus fiables et plus faciles à mettre en œuvre dans les conceptions électroniques modernes.