Fiche technique du photo-interrupteur LTH-872-N55H - Type à fente - Dimensions 4,0 mm - Tension 5V - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-872-N55H est un photo-interrupteur de type à fente, un composant optoélectronique fondamental utilisé pour les applications de détection et de commutation sans contact. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) et un phototransistor dans un même boîtier, séparés par un espace physique ou une fente. Le principe de fonctionnement de base est simple : lorsqu'un objet traverse cette fente, il interrompt le faisceau lumineux infrarouge émis par l'émetteur vers le détecteur, provoquant un changement correspondant de l'état de sortie du phototransistor. Ce mécanisme simple mais fiable en fait une solution idéale pour détecter la présence, l'absence, la position ou la vitesse d'objets sans contact physique.

Le dispositif est conçu pour un montage direct sur CI (Circuit Imprimé) ou une insertion dans un support DIL (Dual-In-Line) standard, offrant une flexibilité d'assemblage et de prototypage. Ses principaux avantages incluent une haute fiabilité, une vitesse de commutation rapide et une longue durée de vie opérationnelle grâce à l'absence de contacts mécaniques sujets à l'usure. Les applications typiques couvrent un large éventail d'équipements d'automatisation de bureau et industriels, y compris, sans s'y limiter, les imprimantes, photocopieurs, scanners, télécopieurs et divers systèmes automatisés où une détection précise d'objets est requise.

1.1 Caractéristiques principales

• Commutation sans contact :Élimine l'usure mécanique, garantissant une haute fiabilité et une longue durée de vie opérationnelle.
• Montage polyvalent :Compatible avec la soudure directe sur CI ou les supports DIL standard, facilitant l'intégration dans diverses conceptions de circuits.
• Temps de réponse rapide :Permet la détection d'événements à haute vitesse, adapté aux applications nécessitant une détection rapide, comme la détection d'alimentation papier dans les imprimantes ou les systèmes d'encodeurs rotatifs.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

La fiche technique fournit des paramètres critiques qui définissent les limites opérationnelles et les performances du dispositif dans des conditions standard. Comprendre ces paramètres est essentiel pour une conception de circuit appropriée et pour assurer une fiabilité à long terme.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs spécifient les limites de contrainte qui, si elles sont dépassées, peuvent causer des dommages permanents au dispositif. Elles ne sont pas des conditions de fonctionnement normal.

• DEL d'entrée :
  • Puissance dissipée (P_D) :75 mW maximum. C'est la puissance totale que la DEL peut dissiper en toute sécurité sous forme de chaleur.
  • Courant direct continu (I_F) :50 mA maximum. La DEL ne doit pas être alimentée par un courant continu dépassant cette valeur.
  • Tension inverse (V_R) :5 V maximum. L'application d'une tension inverse supérieure peut provoquer la rupture de la jonction de la DEL.
• Phototransistor de sortie :
  • Puissance dissipée (P_D) :100 mW maximum pour le phototransistor.
  • Tension collecteur-émetteur (V_CEO) :30 V maximum. C'est la tension maximale qui peut être appliquée entre le collecteur et l'émetteur lorsque la base (entrée lumineuse) est ouverte.
  • Tension émetteur-collecteur (V_ECO) :5 V maximum, ce qui est la tension inverse nominale pour la jonction collecteur-émetteur.
  • Courant collecteur (I_C) :20 mA maximum. Le courant de charge traversant le phototransistor doit rester en dessous de cette limite.
• Environnement :
  • Plage de température de fonctionnement (T_A) :-25°C à +85°C. Le dispositif est garanti pour fonctionner dans les spécifications sur cette plage de température ambiante.
  • Plage de température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C.
  • Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes maximum, spécifié pour un boîtier avec forme de broche de 1,6mm (0,063 pouces). Ceci est critique pour les procédés de soudure par refusion ou à la vague.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement typiques à une température ambiante (T_A) de 25°C.

• Caractéristiques de la DEL d'entrée :
  • Tension directe (V_F) :Typiquement 1,2V, avec un maximum de 1,6V à un courant direct (I_F) de 20 mA. Ce paramètre est utilisé pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant pour le circuit de commande de la DEL : R = (V_CC- V_F) / I_F.
  • Courant inverse (I_R) :Maximum 100 µA à une tension inverse (V_R) de 5V, indiquant le courant de fuite de la DEL lorsqu'elle est polarisée en inverse.
• Caractéristiques du phototransistor de sortie :
  • 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 (aucune lumière incidente sur le phototransistor). Un faible courant d'obscurité est souhaitable pour un bon rapport signal/bruit, en particulier dans les applications à faible luminosité ou à gain élevé.
• Caractéristiques du coupleur (système) :
  • Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :Maximum 0,4V lorsque le phototransistor est complètement passant (I_C= 0,25 mA, I_F= 20 mA). Une faible tension de saturation est cruciale lorsque la sortie est utilisée pour piloter des entrées logiques ou d'autres circuits basse tension, car elle définit le niveau logique \"BAS\".
  • Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)) :Minimum 2,0 mA à V_CE= 5V et I_F= 20 mA. C'est le courant de sortie minimum garanti lorsque la DEL est alimentée à son courant typique et que le faisceau n'est pas obstrué. Ce paramètre, souvent appelé \"rapport de transfert de courant\" (CTR) lorsqu'il est exprimé en ratio I_C/I_F, définit la sensibilité du coupleur. Ici, le CTR minimum est (2,0 mA / 20 mA) = 0,1 ou 10%.
  • Temps de réponse :
    • Temps de montée (T_r) :Typique 3 µs, maximum 15 µs. C'est le temps pour que la sortie passe de 10% à 90% de sa valeur finale lorsque la DEL d'entrée est allumée.
    • Temps de descente (T_f) :Typique 4 µs, maximum 20 µs. C'est le temps pour que la sortie passe de 90% à 10% de sa valeur finale lorsque la DEL d'entrée est éteinte. Ces vitesses de commutation rapides permettent la détection d'objets en mouvement rapide.

3. Informations mécaniques et de boîtier

Le LTH-872-N55H présente un boîtier traversant standard conçu pour une intégration facile sur CI.

3.1 Dimensions de contour

La fiche technique fournit un dessin mécanique détaillé. Les dimensions clés incluent la largeur totale de la fente, qui définit la taille de l'objet pouvant être détecté, et l'espacement des broches pour la disposition du CI. Toutes les dimensions sont spécifiées en millimètres (mm) avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Le dessin montre généralement la vue de dessus, la vue de côté et l'identification des broches (anode de l'émetteur, cathode de l'émetteur, collecteur, émetteur).

3.2 Identification de polarité et brochage

La polarité correcte est essentielle au fonctionnement du dispositif. Le boîtier comporte un marquage ou une forme de broche spécifique (souvent un côté plat ou une encoche) pour identifier la broche 1. Le brochage standard pour un photo-interrupteur à 4 broches est : Broche 1 - Anode de la DEL IR, Broche 2 - Cathode de la DEL IR, Broche 3 - Émetteur du Phototransistor, Broche 4 - Collecteur du Phototransistor. Reportez-vous toujours au diagramme de la fiche technique pour confirmer l'affectation exacte des broches pour le LTH-872-N55H avant de concevoir l'empreinte CI.

4. Directives de soudure et d'assemblage

4.1 Procédé de soudure

Le dispositif est spécifié pour une température de soudure des broches maximale de 260°C pendant 5 secondes. Cette spécification est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion. Dépasser cette température ou ce temps peut endommager les jonctions semi-conductrices internes ou le boîtier plastique. Il est recommandé de suivre les directives IPC standard pour la soudure de composants traversants.

4.2 Manipulation et stockage

Bien que non explicitement détaillées dans l'extrait fourni, les bonnes pratiques générales s'appliquent : stockez les composants dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température de stockage spécifiée (-40°C à +100°C). Évitez d'exposer le dispositif à une humidité excessive avant la soudure pour prévenir l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion, bien que cela soit plus critique pour les dispositifs CMS.

5. Suggestions d'application et considérations de conception

5.1 Circuits d'application typiques

La configuration la plus courante consiste à utiliser le photo-interrupteur comme un interrupteur numérique. Un circuit simple implique :
1. Commande de la DEL :Connectez une résistance de limitation de courant en série avec la DEL infrarouge à une source de tension (par ex., 5V). Réglez la valeur de la résistance pour obtenir le I_Fdésiré (par ex., 20 mA). Exemple : R_limit= (5V - 1,2V) / 0,02A = 190Ω (utilisez une résistance standard de 200Ω).
2. Sortie du phototransistor :Connectez une résistance de rappel (R_L) du collecteur du phototransistor à une source de tension (par ex., 5V). L'émetteur est connecté à la masse. Lorsque le trajet lumineux est dégagé, le phototransistor conduit, tirant la tension du collecteur (sortie) vers le bas. Lorsque le faisceau est bloqué, le phototransistor s'éteint, et la résistance de rappel tire la sortie vers le haut. La valeur de R_Laffecte la vitesse de commutation et la consommation de courant ; une valeur plus faible donne une vitesse plus rapide mais une dissipation de puissance plus élevée. La condition de test dans la fiche technique utilise R_L= 100Ω.

5.2 Considérations de conception

• Immunité à la lumière ambiante :Puisque le dispositif utilise la lumière infrarouge, il est quelque peu immunisé contre la lumière ambiante visible. Cependant, des sources infrarouges puissantes (lumière du soleil, certaines lampes) peuvent causer des interférences. L'utilisation d'un signal de DEL modulé et d'un circuit de démodulation correspondant peut grandement améliorer l'immunité au bruit.
• Alignement :L'émetteur et le détecteur doivent être précisément alignés de part et d'autre de la fente. Le boîtier mécanique assure cet alignement, mais la conception du CI doit placer le composant correctement.
• Caractéristiques de l'objet :L'objet interrompant le faisceau doit être opaque à la lumière infrarouge. Les matériaux transparents ou très réfléchissants peuvent ne pas être détectés de manière fiable.
• Anti-rebond :Dans les systèmes mécaniques (par ex., détection d'une roue à ailettes), le signal de sortie peut trembler lorsqu'un objet entre ou sort de la fente. Des techniques logicielles ou matérielles d'anti-rebond doivent être employées pour obtenir des signaux numériques propres.

6. Analyse des courbes de performance

La fiche technique mentionne \"Courbes typiques des caractéristiques électriques / optiques.\" Bien que les courbes spécifiques ne soient pas fournies dans l'extrait, les tracés typiques pour de tels dispositifs incluent :

• Courant direct vs. Tension directe (I_F-V_F) :Montre la relation non linéaire pour la DEL IR, importante pour la conception du pilote.
• Courant collecteur vs. Tension collecteur-émetteur (I_C-V_CE) :Famille de courbes avec l'intensité lumineuse incidente (ou I_F) comme paramètre, similaire aux caractéristiques de sortie d'un transistor.
• Rapport de transfert de courant (CTR) vs. Courant direct (I_F) :Montre comment la sensibilité change avec le courant de commande de la DEL.
• Rapport de transfert de courant (CTR) vs. Température ambiante :Une courbe cruciale montrant que le CTR diminue généralement lorsque la température augmente. Les concepteurs doivent s'assurer d'une marge suffisante à la température de fonctionnement la plus élevée pour garantir le I_C(ON).
• minimum requis._LTemps de réponse vs. Résistance de charge (R) :

Illustre le compromis entre la vitesse de commutation et la consommation d'énergie.

7. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux micro-interrupteurs mécaniques, le LTH-872-N55H offre une durée de vie et une fiabilité supérieures grâce à son fonctionnement sans contact. Il est insensible au rebond de contact. Comparé aux capteurs réfléchissants, les photo-interrupteurs à fente offrent une détection plus précise et cohérente car ils sont moins sensibles à la couleur, à la texture ou à la réflectivité de l'objet cible ; ils détectent simplement l'interruption physique d'un faisceau. Le principal facteur de différenciation entre les photo-interrupteurs eux-mêmes est souvent les dimensions de la fente, la sensibilité (CTR), la vitesse de réponse et le type de boîtier (traversant vs. CMS).

8. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)
Q : Que se passe-t-il si j'alimente la DEL avec plus de 50 mA ?

R : Dépasser la valeur maximale absolue pour le courant direct continu peut provoquer un échauffement excessif, entraînant une dégradation accélérée de la puissance lumineuse de la DEL ou une défaillance catastrophique. Utilisez toujours une résistance de limitation de courant.
Q : Mon signal de sortie est bruité. Quelle pourrait en être la cause ?

R : Les causes potentielles incluent le bruit électrique sur les lignes d'alimentation, les interférences de la lumière ambiante (en particulier les lampes fluorescentes fonctionnant à 50/60 Hz), ou une valeur de résistance de charge trop élevée, rendant le nœud haute impédance et sensible au bruit. Assurez une alimentation stable, envisagez un blindage, utilisez une résistance de rappel plus faible ou mettez en œuvre une modulation/démodulation de signal.
Q : Le dispositif fonctionne à température ambiante mais tombe en panne lorsque mon système chauffe. Pourquoi ?_{R : La sensibilité du phototransistor (CTR) diminue avec l'augmentation de la température. Vous opérez peut-être avec une marge minimale à 25°C. Réévaluez votre conception en utilisant la spécification minimale I}C(ON)

et considérez la courbe typique CTR vs. Température. Vous devrez peut-être augmenter le courant de commande de la DEL (dans les limites) ou utiliser un phototransistor avec un CTR garanti plus élevé à températures élevées.
Q : Puis-je l'utiliser pour détecter un objet transparent ?

R : Généralement, non. Les photo-interrupteurs infrarouges standard nécessitent que l'objet soit opaque à la longueur d'onde infrarouge émise (typiquement autour de 940 nm). Les plastiques ou verres transparents peuvent laisser passer suffisamment de lumière IR, empêchant une détection fiable. Des capteurs spéciaux avec des longueurs d'onde ou des principes de détection différents sont nécessaires pour les matériaux transparents.

9. Exemple de cas d'utilisation pratiqueApplication :
Détection de bourrage papier dans une imprimante de bureau.Mise en œuvre :

Le LTH-872-N55H est monté le long du chemin du papier, le papier passant à travers sa fente. Une broche GPIO d'un microcontrôleur pilote la DEL via une résistance de limitation de courant. Une autre broche GPIO, configurée avec une résistance de rappel interne, lit l'état du collecteur du phototransistor. Pendant le fonctionnement normal, le papier interrompt le faisceau, et la sortie est dans un état logique (par ex., HAUT). Si un bourrage se produit, le papier reste coincé (maintenant le faisceau interrompu) ou n'atteint pas le capteur (laissant le faisceau intact), provoquant un état de sortie inattendu pendant trop longtemps. Le micrologiciel du microcontrôleur surveille ce signal et déclenche un message d'erreur \"Bourrage papier\" si la séquence temporelle attendue est violée. Le temps de réponse rapide du capteur garantit que même de petits espaces entre les feuilles de papier peuvent être détectés pour une surveillance précise de l'alimentation papier.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Un photo-interrupteur fonctionne sur le principe de la conversion optoélectronique et de l'interruption. En interne, il abrite deux composants discrets alignés : une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) et un phototransistor au silicium. La DEL IR agit comme source lumineuse. Lorsqu'elle est polarisée en direct par un courant externe, elle émet des photons infrarouges invisibles. Le phototransistor agit comme détecteur de lumière. Sa région de base est sensible à la lumière. Lorsque les photons de la DEL frappent la base, ils génèrent des paires électron-trou, qui agissent comme courant de base, mettant le transistor en conduction et permettant à un courant de collecteur beaucoup plus important de circuler. Ce courant de collecteur est proportionnel à l'intensité de la lumière incidente. La fente sépare physiquement ces deux éléments. Un objet placé dans la fente bloque le trajet lumineux, réduisant considérablement la lumière incidente sur le phototransistor, ce qui l'éteint (ou réduit son courant). Ce changement de courant/tension de sortie est détecté par le circuit externe pour enregistrer une \"interruption\".

11. Tendances et évolutions de l'industrie