Fiche technique LTH-301-32 Photo-interrupteur - Interrupteur optique à fente - Tension collecteur-émetteur 30V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-301-32 est un interrupteur optique à fente, communément appelé photo-interrupteur. Il s'agit d'un dispositif de détection sans contact qui combine une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) et un phototransistor dans un seul boîtier, séparés par un espace physique. La fonction principale est de détecter la présence ou l'absence d'un objet (comme une palette ou un drapeau) qui passe à travers cette fente, interrompant le faisceau lumineux infrarouge. Cela le rend idéal pour les applications nécessitant une détection de position, une commutation de fin de course ou une détection d'objet sans contact physique, éliminant ainsi l'usure mécanique et permettant un fonctionnement à haute vitesse.

Le dispositif est conçu pour un montage direct sur des cartes de circuits imprimés (PCB) ou dans des supports standard double rangée (DIP), offrant une flexibilité d'assemblage et d'intégration. Ses principaux avantages incluent une commutation sans contact fiable, une immunité au rebond mécanique et un temps de réponse rapide adapté aux systèmes numériques.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

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

• Courant direct continu de la DEL IR (I_F): 60 mA. C'est le courant continu maximal qui peut traverser la DEL infrarouge.
• Tension inverse de la DEL IR (V_R): 5 V. Dépasser cette tension de polarisation inverse aux bornes de la DEL peut provoquer un claquage.
• Courant collecteur du transistor (I_C): 20 mA. Le courant continu maximal que le collecteur du phototransistor de sortie peut supporter.
• Dissipation de puissance du transistor (P_D): 75 mW. La puissance maximale que le phototransistor peut dissiper, calculée comme V_CE* I_C.
• Courant direct crête de la DEL IR: 1 A (largeur d'impulsion = 10 μs, 300 pps). Cela permet des impulsions de courant élevé et brèves pour obtenir une luminosité instantanée plus élevée, utile pour l'immunité au bruit, mais le cycle de service doit être strictement respecté.
• Dissipation de puissance de la diode: 100 mW. La puissance maximale que la DEL IR peut dissiper (V_F* I_F).
• Tension collecteur-émetteur du phototransistor (V_CEO): 30 V. La tension maximale pouvant être appliquée entre le collecteur et l'émetteur du phototransistor.
• Tension émetteur-collecteur du phototransistor (V_ECO): 5 V. La tension inverse maximale entre l'émetteur et le collecteur.
• Plage de température de fonctionnement: -25°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Plage de température de stockage: -40°C à +100°C.
• Température de soudure des broches: 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du boîtier. Cela définit les limites du profil de soudure par refusion ou à la main.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent les performances typiques de fonctionnement.

2.2.1 Caractéristiques de la DEL d'entrée

• Tension directe (V_F): 1,2V (Min), 1,6V (Typ) à I_F= 20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la DEL IR lorsqu'elle est alimentée par le courant de fonctionnement typique. Une résistance de limitation de courant est requise en série avec la DEL.
• Courant inverse (I_R): 100 μA (Max) à V_R= 5V. Le faible courant de fuite lorsque la DEL est polarisée en inverse.

2.2.2 Caractéristiques du phototransistor de sortie

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO): 30V (Min). Corrèle avec la valeur maximale absolue.
• Tension de claquage émetteur-collecteur (V_(BR)ECO): 5V (Min).
• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO): 100 nA (Max) à V_CE=10V. C'est le courant de fuite du phototransistor lorsqu'aucune lumière n'incide (c'est-à-dire lorsque la fente est obstruée). Il détermine le niveau de signal à l'état "bloqué".

2.2.3 Caractéristiques du coupleur (système)

Ces paramètres décrivent le comportement combiné de la DEL et du phototransistor.

• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)): 0,4V (Max) à I_C=0,2mA et I_F=20mA. C'est la tension aux bornes du phototransistor lorsqu'il est complètement "passant" (lumière non obstruée). Un V_CE(SAT)plus faible est préférable pour l'interfaçage avec les circuits logiques.
• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)): 0,6 mA (Min) à V_CE=5V et I_F=20mA. C'est le photocurant minimum généré lorsque le trajet lumineux est dégagé. Le courant réel peut être plus élevé et dépend du courant d'alimentation de la DEL et du gain du dispositif.
• Temps de réponse: Ceci définit la vitesse de commutation.
  • Temps de montée (t_r): 3 μS (Typ), 15 μS (Max). Temps nécessaire pour que la sortie passe de 10% à 90% de sa valeur finale lorsque le faisceau lumineux est débloqué.
  • Temps de descente (t_f): 4 μS (Typ), 20 μS (Max). Temps nécessaire pour que la sortie passe de 90% à 10% de sa valeur finale lorsque le faisceau lumineux est bloqué.
  Ces temps sont mesurés dans des conditions spécifiques (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω) et déterminent la fréquence maximale de détection d'objet.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques qui illustrent graphiquement les relations clés. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, leur contenu et interprétation typiques sont les suivants :

3.1 Caractéristiques de transfert

Un graphique du Courant Collecteur de Sortie (I_C) en fonction du Courant Direct de la DEL d'Entrée (I_F) à une tension collecteur-émetteur constante (par exemple, V_CE=5V). Cette courbe montre la tendance du rapport de transfert de courant (CTR), qui est le rapport I_C/ I_F. Elle aide les concepteurs à sélectionner le courant d'alimentation de la DEL approprié pour obtenir le niveau de courant de sortie souhaité pour une charge ou un seuil logique donné.

3.2 Dépendance à la température

Courbes montrant comment des paramètres comme I_C(ON)et le courant d'obscurité (I_CEO) varient sur la plage de température de fonctionnement (-25°C à +85°C). Le gain du phototransistor diminue généralement avec l'augmentation de la température, tandis que le courant d'obscurité augmente. Comprendre ces variations est crucial pour concevoir des systèmes stables sur toute la plage de température, nécessitant souvent une marge dans le I_Fchoisi et les niveaux de détection de seuil.

3.3 Tension de saturation de sortie

Un tracé de V_CE(SAT)en fonction de I_Cpour différentes valeurs de I_F. Ceci est essentiel pour déterminer la chute de tension minimale lorsque le transistor est passant, garantissant la compatibilité avec les familles logiques basse tension.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le LTH-301-32 est fourni dans un boîtier standard compact de type DIP. Notes dimensionnelles clés de la fiche technique :

• Toutes les dimensions sont fournies en millimètres, avec les pouces entre parenthèses.
• La tolérance par défaut est de ±0,25mm (±0,010") sauf si une caractéristique spécifique a une cote différente.

Le boîtier présente un corps moulé avec une fente précise. Les broches sont sur un pas standard de 0,1" (2,54mm), compatible avec les supports DIP et les implantations PCB. La longueur, largeur, hauteur exactes, la largeur de la fente et le positionnement des broches sont définis dans le dessin coté référencé dans la fiche technique.

4.2 Identification de la polarité

Pour un fonctionnement correct, l'identification des broches est cruciale. Le boîtier utilise un marquage standard : la cathode de la DEL IR et l'émetteur du phototransistor sont généralement connectés à une broche commune ou sont adjacents. Le schéma de brochage de la fiche technique doit être consulté pour identifier :

1. Anode de la DEL IR.
2. Cathode de la DEL IR.
3. Collecteur du phototransistor.
4. Émetteur du phototransistor.

Une connexion incorrecte peut empêcher le fonctionnement ou endommager le dispositif.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

5.1 Profil de soudure

La valeur maximale absolue spécifie la soudure des broches à 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du boîtier plastique. C'est un paramètre critique pour la soudure à la vague ou à la main.

• Soudure par refusion: Si utilisé dans un processus de refusion, un profil avec une température de pointe ne dépassant pas 260°C et un temps au-dessus de 240°C (T_L) inférieur à 10 secondes est généralement recommandé. Le corps plastique est sensible à la contrainte thermique.
• Soudure manuelle: Utilisez un fer à souder à température contrôlée. Appliquez la chaleur sur la broche, pas sur le corps, et terminez la soudure en 3 à 5 secondes par broche pour éviter que la chaleur ne pénètre dans le boîtier.

5.2 Nettoyage et manipulation

Les processus de nettoyage PCB standard utilisant de l'alcool isopropylique ou des solvants similaires sont généralement acceptables. Évitez le nettoyage par ultrasons sauf vérification, car il peut provoquer des microfissures dans le plastique ou la liaison interne de la puce. Manipulez le dispositif par le corps, pas par les broches, pour éviter les contraintes mécaniques sur le joint d'étanchéité.

5.3 Conditions de stockage

Conserver dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température de stockage spécifiée (-40°C à +100°C). Le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) n'est pas explicitement indiqué dans le texte fourni, mais pour un stockage à long terme, conserver les composants dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine est une bonne pratique.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

La configuration la plus courante consiste à utiliser le photo-interrupteur comme un interrupteur numérique.

1. Circuit d'alimentation de la DEL: Une résistance de limitation de courant (R_LIMIT) est connectée en série avec la DEL IR. R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V et I_F=20mA, R_LIMIT≈ (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω (utiliser la valeur standard 180Ω).
2. Circuit de sortie du phototransistor: Le phototransistor peut être utilisé dans deux configurations courantes :
   • Configuration avec résistance de rappel: Connectez une résistance (R_LOAD) du collecteur à V_CC. L'émetteur est connecté à la masse. La sortie est prise sur le collecteur. Lorsque la lumière est bloquée, le transistor est bloqué et la sortie est tirée au niveau haut (V_CC). Lorsque la lumière est présente, le transistor devient passant, tirant la sortie au niveau bas (près de V_CE(SAT)). La valeur de R_LOADest choisie en fonction du I_Cet de la vitesse souhaités ; 1kΩ à 10kΩ est courant.
   • Configuration courant-tension: Connectez le phototransistor dans une configuration émetteur commun avec un amplificateur opérationnel dans une configuration de transimpédance pour convertir le photocurant en une tension précise. Ceci est utilisé pour la détection analogique.

6.2 Considérations de conception

• Immunité au bruit: Pour les environnements avec lumière ambiante (surtout infrarouge), utilisez un signal d'alimentation de DEL modulé et une détection synchrone, ou assurez-vous que la fente est physiquement protégée.
• Anti-rebond: Bien que le dispositif lui-même n'ait pas de rebond mécanique, le signal de sortie peut nécessiter un anti-rebond logiciel si l'objet détecté peut vibrer dans la fente.
• Matériau de l'objet: L'objet interrompant le faisceau doit être opaque à la lumière infrarouge. Les matériaux fins ou translucides peuvent ne pas être détectés de manière fiable.
• Alignement: Un alignement mécanique précis de l'objet passant à travers la fente est nécessaire pour un fonctionnement cohérent.

6.3 Scénarios d'application courants

• Imprimantes & Photocopieurs: Détection de fin de papier, détection de niveau de toner, positionnement du chariot.
• Automatisation industrielle: Interrupteurs de fin de course sur vérins linéaires, détection de présence de pièces sur convoyeurs, détection de palette sur arbres rotatifs (tachymètre).
• Électronique grand public:
• Systèmes de sécurité: Détection de position de porte/fenêtre.
• Distributeurs automatiques: Vérification de distribution de pièces ou de produits.

7. Comparaison technique & Guide de sélection

Lors de la sélection d'un photo-interrupteur, les facteurs de différenciation clés incluent :

• Largeur de fente & Écart: Détermine la taille de l'objet pouvant être détecté. Le LTH-301-32 a une dimension de fente spécifique.
• Type de sortie: Phototransistor (comme ici) vs Photodarlington (gain plus élevé, vitesse plus lente) vs Sortie logique (déclencheur de Schmitt intégré).
• Rapport de transfert de courant (CTR): Un CTR plus élevé fournit plus de courant de sortie pour un courant d'entrée donné, permettant des résistances de rappel de valeur plus élevée ou des câbles plus longs.
• Vitesse (t_r, t_f): Critique pour les applications de comptage ou d'encodage à haute vitesse.
• Boîtier & Montage: À trous traversants (DIP) vs montage en surface (SMD). Le LTH-301-32 est un dispositif à trous traversants.
• Tension de fonctionnement: Le V_(BR)CEOde 30V lui permet d'interfacer avec une large gamme de tensions d'alimentation, des systèmes 3,3V à 24V.

Le LTH-301-32 se positionne comme un dispositif fiable et polyvalent avec un ensemble équilibré de caractéristiques adapté à un large éventail d'applications de détection numérique à vitesse moyenne.

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

8.1 Quel est l'objectif de la valeur de courant direct crête pour la DEL ?

La valeur crête de 1A permet à la DEL d'être pulsée avec un courant beaucoup plus élevé que sa valeur continue (60mA). Cela peut être utilisé pour générer une impulsion lumineuse plus brillante, améliorant le rapport signal/bruit dans les environnements bruyants ou permettant un cycle de service plus faible pour économiser l'énergie. Les limites strictes sur la largeur d'impulsion (10μs) et le taux de répétition (300 pps) doivent être respectées pour éviter la surchauffe.

8.2 Comment choisir la valeur de la résistance de rappel (R_LOAD) ?

Le choix implique un compromis entre consommation d'énergie, vitesse de commutation et immunité au bruit. Une résistance plus petite (par exemple, 1kΩ) offre des temps de montée plus rapides (constante de temps RC plus faible) et une meilleure immunité au bruit mais consomme plus de courant lorsque le transistor est passant (I_C= V_CC/R_LOAD). Une résistance plus grande (par exemple, 10kΩ) économise l'énergie mais est plus lente et plus sensible au bruit. Assurez-vous que la R_LOADchoisie, à la tension d'alimentation minimale, permet encore un I_Csuffisant pour tirer la sortie sous le seuil logique bas du circuit récepteur, en tenant compte du I_C(ON) specification.

minimum._L8.3 Pourquoi le temps de réponse est-il spécifié avec une résistance de charge (R

=100Ω) ?_{La vitesse de commutation du phototransistor est limitée par la capacité de sa jonction et la résistance à travers laquelle elle se charge/décharge. Le spécifier avec une petite résistance de charge (100Ω) montre la limite de vitesse intrinsèque du dispositif. Dans un circuit réel avec une résistance de rappel plus grande, le temps de montée sera plus lent en raison de la constante RC plus grande (t}montée_LOAD≈ R

* C). Le temps de descente est principalement gouverné par la recombinaison interne des porteurs du dispositif et dépend moins de la résistance externe.

8.4 Comment la température affecte-t-elle le fonctionnement ?

• Lorsque la température augmente :_{Le gain du phototransistor (et donc I}C(ON)_F) diminue. Vous devrez peut-être augmenter I
• pour compenser._CEOLe courant d'obscurité (I
• ) augmente. Cela élève le niveau de tension à l'état "bloqué", pouvant provoquer un déclenchement erroné si le seuil de détection est réglé trop serré._FLa tension directe de la DEL (V

) diminue légèrement._{Les conceptions pour de larges plages de température doivent tenir compte de ces variations, souvent en déclassant le I}C(ON)_CEO.

utilisable et en prévoyant une marge pour I

9. Principe de fonctionnement

Un photo-interrupteur fonctionne sur le principe du couplage optoélectronique. Le dispositif contient deux composants séparés dans un même boîtier : une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) et un phototransistor au silicium. Ils se font face de part et d'autre d'un espace d'air (la fente). Lorsque l'alimentation est appliquée à la DEL IR, elle émet une lumière infrarouge invisible. Cette lumière traverse la fente et frappe la région de base du phototransistor. Les photons génèrent des paires électron-trou dans la base, qui agissent comme un courant de base, rendant le transistor passant. Cela permet à un courant collecteur beaucoup plus important de circuler, limité par le circuit externe.

Lorsqu'un objet opaque est inséré dans la fente, il bloque le trajet lumineux. La photogénération du courant de base cesse et le phototransistor se bloque, arrêtant le courant collecteur. Ainsi, l'état électrique de la sortie (passant/bloqué) est directement contrôlé par l'état mécanique de la fente (dégagée/obstruée), sans aucun contact électrique entre l'entrée (côté DEL) et la sortie (côté transistor). Cela fournit une excellente isolation électrique, typiquement de l'ordre de centaines à milliers de volts.

10. Tendances du secteur & Contexte

• Les photo-interrupteurs comme le LTH-301-32 représentent une technologie de détection fondamentale et mature. Les tendances clés influençant ce secteur incluent :Miniaturisation
• : Forte demande pour des boîtiers plus petits en montage en surface (SMD) pour économiser de l'espace PCB dans l'électronique moderne.:
• IntégrationVitesse plus élevée
• : Développement de dispositifs avec des temps de réponse plus rapides (gamme nanoseconde) pour les codeurs haute résolution et les applications de communication de données.Précision améliorée
• : Tolérances plus serrées sur les dimensions de la fente et l'alignement optique pour une détection de position plus précise.Technologies alternatives

: Les photo-interrupteurs font face à la concurrence d'autres capteurs sans contact comme les capteurs à effet Hall (pour la détection magnétique), les capteurs capacitifs et les capteurs ultrasonores miniatures. Le choix dépend du matériau de l'objet, de la précision requise, des conditions environnementales et du coût.