Fiche technique du photo-interrupteur LTH-301-23 - Dimensions 4.0x3.2x2.5mm - Tension directe 1.6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-301-23 est un module photo-interrupteur traversant compact conçu pour les applications de commutation sans contact. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) et un phototransistor dans un seul boîtier, séparés par un espace physique. Le principe de fonctionnement repose sur l'interruption du faisceau lumineux infrarouge entre l'émetteur et le détecteur, ce qui provoque un changement correspondant de l'état de sortie du phototransistor. Cela le rend idéal pour les applications nécessitant une détection de position, une détection d'objet ou une commutation de fin de course sans contact physique, éliminant ainsi l'usure mécanique et permettant une grande fiabilité et des vitesses de commutation élevées.

Ses principaux avantages incluent le fonctionnement sans contact, qui assure une longue durée de vie, des temps de réponse rapides adaptés au comptage ou à la détection de vitesse, et une conception compatible avec un montage direct sur CI ou des supports DIL standard pour une intégration facile. Les marchés et applications cibles sont vastes, englobant l'automatisation de bureau (imprimantes, photocopieurs), l'automatisation industrielle (détection d'objets sur convoyeur, détection de position), l'électronique grand public, et divers systèmes d'instrumentation et de contrôle.

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 DEL IR (I_F): 60 mA. C'est le courant continu maximal pouvant traverser la DEL infrarouge.
• Courant direct crête de la DEL IR: 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 les applications nécessitant des salves de signal plus fortes.
• Tension collecteur-émetteur du phototransistor (V_CEO): 30 V. La tension maximale pouvant être appliquée entre le collecteur et l'émetteur du transistor de sortie.
• Plage de température de fonctionnement: -25°C à +85°C. Cela définit la plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable du dispositif.
• Température de soudure des broches: 260°C pendant 5 secondes à une distance de 1,6mm du boîtier. Ceci est crucial pour le contrôle du processus d'assemblage afin d'éviter les dommages thermiques.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

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

2.2.1 Caractéristiques d'entrée (DEL IR)

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

2.2.2 Caractéristiques de sortie (Phototransistor)

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO): Minimum 30V. Cela garantit que le transistor peut supporter les tensions de circuit typiques.
• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO): Maximum 100 nA à V_CE=10V. C'est le courant de fuite lorsque la DEL est éteinte (pas de lumière), déterminant le niveau de signal à l'état "arrêt".
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)): Maximum 0,4V à I_C=0,2mA et I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes du transistor lorsqu'il est complètement "passant", importante pour l'interface avec les niveaux logiques.
• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)): Minimum 0,4 mA à V_CE=5V et I_F=20mA. Ceci spécifie le courant de sortie minimal disponible lorsque le faisceau n'est pas obstrué, définissant la sensibilité du capteur.

2.2.3 Caractéristiques du coupleur (Système)

• Temps de montée (t_r): 3 μs (Typique) à 15 μs (Maximum) dans les conditions de test V_CE=5V, I_C=2mA, et R_L=100Ω.
• Temps de descente (t_f): 4 μs (Typique) à 20 μs (Maximum) dans les mêmes conditions.

Ces temps de réponse définissent la rapidité avec laquelle la sortie peut passer de l'état arrêt à l'état passant (montée) et de l'état passant à l'état arrêt (descente). La vitesse de commutation rapide (ordre de la microseconde) permet la détection d'objets en mouvement rapide ou des applications de comptage à haute vitesse.

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 détaillés dans le texte fourni, les courbes standard pour un tel dispositif incluraient typiquement :

• Courant direct vs Tension directe (I_F-V_F) pour la DEL IR: Montre la relation non linéaire, cruciale pour la conception du circuit de commande.
• Courant collecteur vs Tension collecteur-émetteur (I_C-V_CE) pour le Phototransistor: À différents niveaux d'éclairement (courant de la DEL), ces courbes de sortie montrent les régions de fonctionnement du transistor (blocage, actif, saturation).
• 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 DEL (I_F). Cette courbe montre l'efficacité du couplage optique et comment elle varie 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)): Ces courbes illustrent comment les performances se dégradent aux températures extrêmes, ce qui est vital pour concevoir des systèmes robustes fonctionnant sur toute la plage de température spécifiée.

Ces courbes permettent aux concepteurs d'optimiser les points de fonctionnement, de comprendre les compromis de performance et d'assurer un fonctionnement fiable dans toutes les conditions spécifiées.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le LTH-301-23 est logé dans un boîtier traversant standard. Notes dimensionnelles clés de la fiche technique :

• Toutes les dimensions sont fournies en millimètres, avec les pouces entre parenthèses.
• La tolérance standard est de ±0,25mm (±0,010") sauf indication contraire dans une note spécifique.
• Le boîtier est conçu pour un montage direct sur CI ou une insertion dans un support DIL standard, offrant une flexibilité dans l'assemblage et le prototypage.

L'espace physique entre l'émetteur et le détecteur est fixe à l'intérieur du boîtier, définissant la fente où passe l'objet interrupteur. La largeur exacte de cette fente est une spécification mécanique critique présente dans le dessin coté.

4.2 Identification de la polarité et brochage

Pour un fonctionnement correct, l'identification des broches est essentielle. Le dispositif a quatre broches. Typiquement, les deux broches d'un côté appartiennent à la DEL infrarouge (anode et cathode), et les deux de l'autre côté appartiennent au phototransistor (collecteur et émetteur). Le dessin du boîtier dans la fiche technique indiquera clairement la broche 1, souvent par une encoche, un point ou un chanfrein sur le boîtier. Le tableau des caractéristiques électriques confirme que l'anode est positive pour la DEL, et le collecteur est positif pour le phototransistor NPN lorsqu'il est utilisé en configuration émetteur commun.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Les Valeurs Maximales Absolues fournissent la recommandation clé pour la soudure : la température de soudure des broches ne doit pas dépasser 260°C pendant une durée de 5 secondes, mesurée à un point situé à 1,6mm (0,063") du boîtier plastique. Il s'agit d'une précaution standard pour éviter que la résine époxy interne ou les puces semi-conductrices ne soient endommagées par une chaleur excessive pendant les processus de soudure à la vague ou à la main.

Recommandations :

• Utilisez un fer à souder à température contrôlée.
• Minimisez le temps de contact entre le fer et la broche.
• Pour la soudure à la vague, assurez-vous que le profil (préchauffage, maintien, température de pic, temps au-dessus du liquidus) est contrôlé pour répondre à cette exigence.
• Évitez d'appliquer des contraintes mécaniques sur les broches pendant ou après la soudure.

Conditions de stockage :Le dispositif doit être stocké dans la plage de température de stockage spécifiée de -40°C à +100°C, de préférence dans un environnement sec et anti-statique pour éviter l'absorption d'humidité (qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant le refusion) et les dommages par décharge électrostatique.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

La configuration la plus courante est uninterrupteur à émetteur commun. La DEL IR est commandée via une résistance de limitation de courant (R_limit) connectée à une source de tension. La valeur est calculée comme R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Le collecteur du phototransistor est connecté à une résistance de rappel (R_pull-up) et à la tension d'alimentation, tandis que l'émetteur est mis à la masse. Le signal de sortie est prélevé au nœud collecteur. Lorsque le faisceau n'est pas interrompu, le transistor s'active, tirant la tension de sortie vers le bas (près de V_CE(SAT)). Lorsque le faisceau est bloqué, le transistor se coupe, et la résistance de rappel tire la tension de sortie vers le haut (vers V_CC).

6.2 Considérations de conception

• Réglage du courant: Choisissez I_Fen fonction de la sensibilité requise et de la consommation d'énergie. Un I_Fplus élevé donne un I_C(ON)plus élevé mais augmente la dissipation de puissance.
• Résistance de charge de sortie (R_pull-up): Sa valeur affecte la vitesse de commutation et la capacité de courant de sortie. Une résistance plus petite offre des temps de montée plus rapides (constante de temps RC plus courte) et un courant de puits plus élevé, mais consomme plus de puissance lorsque le transistor est passant.
• Immunité à la lumière ambiante: Puisqu'il utilise une lumière infrarouge modulée, il a une bonne immunité à la plupart des lumières visibles ambiantes. Cependant, des sources fortes de lumière infrarouge (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence) peuvent provoquer des déclenchements erronés. L'utilisation d'un signal de commande de DEL modulé et d'un circuit détecteur synchronisé peut grandement améliorer l'immunité au bruit.
• Caractéristiques de l'objet: Le capteur détecte tout objet opaque à la longueur d'onde infrarouge. La taille, la vitesse et le matériau de l'objet affecteront l'intégrité du signal.
• Alignement: Un alignement mécanique précis de l'objet interrupteur avec la fente du capteur est nécessaire pour un fonctionnement fiable.

7. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux micro-interrupteurs mécaniques, le LTH-301-23 offre une durée de vie supérieure (des millions contre des milliers de cycles), une réponse plus rapide et un fonctionnement silencieux. Comparé aux capteurs optiques réfléchissants, les photo-interrupteurs transmissifs comme celui-ci sont généralement plus fiables et moins sensibles aux variations de couleur ou de réflectivité de l'objet cible, car ils reposent sur l'interruption du faisceau plutôt que sur la réflexion. Ses principaux points de différenciation dans la catégorie des photo-interrupteurs sont sa combinaison spécifique de taille de boîtier, de largeur de fente, de sensibilité électrique (I_C(ON)), et de vitesse de commutation rapide, le rendant adapté aux applications à espace restreint et à haute vitesse.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Quel est le courant de fonctionnement typique pour la DEL IR ?

R1 : La fiche technique utilise I_F= 20 mA pour la plupart des conditions de test, ce qui est un point de fonctionnement courant et fiable. Il peut être abaissé pour économiser de l'énergie ou brièvement augmenté (dans les limites absolues) pour une force de signal accrue.

Q2 : Comment interfacer la sortie avec un microcontrôleur ?

R2 : La sortie numérique (bas lorsque le faisceau est présent, haut lorsqu'il est bloqué) peut être connectée directement à une broche d'entrée numérique d'un microcontrôleur. Assurez-vous que les niveaux de tension de sortie (V_CCpour haut, V_CE(SAT)pour bas) sont compatibles avec les niveaux logiques du MCU. Une résistance de rappel est typiquement requise.

Q3 : Peut-il détecter des objets transparents ?

R3 : Les photo-interrupteurs standard utilisant la lumière infrarouge peuvent ne pas détecter de manière fiable les objets transparents aux longueurs d'onde infrarouges (par exemple, certains plastiques). Pour de telles applications, un capteur avec une longueur d'onde différente ou un principe de détection différent peut être nécessaire.

Q4 : Quelle est l'importance des temps de montée et de descente ?

R4 : Ces temps limitent la fréquence de commutation maximale. La fréquence théorique maximale est d'environ 1/(t_r+ t_f). Avec des temps typiques de 3μs et 4μs, le dispositif peut gérer des fréquences allant jusqu'à plusieurs dizaines de kHz, adaptées au comptage à haute vitesse ou aux applications d'encodeur.

9. Principe de fonctionnement

Un photo-interrupteur est un dispositif optoélectronique transmissif. Il se compose d'une source de lumière infrarouge (une DEL) et d'un détecteur de lumière (un phototransistor) se faisant face à l'intérieur d'un boîtier avec un espace précis entre eux. Lorsqu'un courant électrique traverse la DEL, elle émet de la lumière infrarouge. Cette lumière traverse l'espace et frappe la région de base du phototransistor. Les photons génèrent des paires électron-trou dans la base, ce qui agit efficacement comme un courant de base, activant le transistor et permettant à un courant collecteur de circuler. Lorsqu'un objet opaque pénètre dans l'espace, il bloque le trajet lumineux. Le courant de base photogénéré cesse, coupant le transistor, et le courant collecteur chute à une valeur très faible (le courant d'obscurité). Ce changement marche/arrêt du courant de sortie est utilisé comme signal de commutation.

10. Tendances de l'industrie

La tendance dans la détection optoélectronique va vers la miniaturisation, une intégration plus élevée et des performances améliorées. Les versions CMS (Composants Montés en Surface) deviennent de plus en plus populaires pour l'assemblage automatisé et l'économie d'espace. Il y a également une évolution vers des dispositifs avec conditionnement de signal intégré, tels que des déclencheurs de Schmitt pour des sorties numériques propres, ou des amplificateurs analogiques pour la détection de distance/proximité. De plus, une importance croissante est accordée à l'obtention d'une meilleure immunité aux interférences électromagnétiques (IEM) et à la lumière ambiante, ainsi qu'à l'extension de la plage de température de fonctionnement pour les applications automobiles et industrielles. Bien que les dispositifs fondamentaux comme le LTH-301-23 restent largement utilisés pour leur simplicité et leur rapport coût-efficacité, les conceptions plus récentes intègrent souvent ces fonctionnalités avancées pour des applications plus exigeantes.