Fiche technique du photo-interrupteur LTH-872-N55T1 - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-872-N55T1 est un photo-interrupteur à réflexion, un type de composant 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 réfléchi par l'objet vers le capteur. Ce dispositif est conçu pour des applications nécessitant une détection d'objet ou une détection de position fiable, rapide et non invasive.

1.1 Avantages principaux

Les avantages clés de ce photo-interrupteur découlent de son principe de fonctionnement fondamental et de sa conception.La commutation sans contactélimine l'usure mécanique, améliorant considérablement la durée de vie opérationnelle et la fiabilité par rapport aux interrupteurs mécaniques. Ceci est crucial dans les applications à cycle élevé. De plus, il offre unevitesse de commutation rapide, avec des temps de montée et de descente typiques de l'ordre de la microseconde, lui permettant de détecter des objets en mouvement rapide ou des événements à haute fréquence. Le boîtier intégré assure un alignement précis entre l'émetteur et le détecteur, simplifiant l'assemblage et améliorant la cohérence.

1.2 Marché cible et applications

Les marchés cibles principaux pour ce composant sont l'automatisation de bureau et l'instrumentation de précision. Son application principale documentée se trouve dans lesscanners et imprimantes. Dans ces appareils, les photo-interrupteurs sont couramment utilisés pour des fonctions telles que la détection de présence de papier (par exemple, détection du bord d'attaque d'une feuille), la détection de bourrage papier, la détection de position du chariot ou de la tête d'impression, et la détection de la position d'origine des mécanismes mobiles. Le temps de réponse rapide est essentiel pour maintenir le débit élevé des équipements modernes de numérisation et d'impression.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Comprendre les caractéristiques électriques et optiques est essentiel pour une conception de circuit appropriée et pour garantir un fonctionnement fiable dans les limites spécifiées du dispositif.

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement normal.

• DEL d'entrée :
  • Dissipation de puissance (P_D) : 75 mW maximum.
  • Courant direct continu (I_F) : 50 mA maximum. C'est le courant absolu maximum pouvant traverser la DEL.
  • Tension inverse (V_R) : 5 V maximum. Dépasser cette valeur peut endommager la jonction de la DEL.
• Phototransistor de sortie :
  • Dissipation de puissance (P_C) : 100 mW maximum.
  • Tension collecteur-émetteur (V_CEO) : 30 V maximum. C'est la tension maximale pouvant être appliquée entre le collecteur et l'émetteur du phototransistor lorsque la base est ouverte (condition d'obscurité).
  • Tension émetteur-collecteur (V_ECO) : 5 V maximum (tension inverse).
  • Courant collecteur (I_C) : 20 mA maximum.
• Environnement :
  • Température de fonctionnement (T_opr) : -25°C à +85°C.
  • Température de stockage (T_stg) : -55°C à +100°C.
  • Température de soudure des broches (T_sol) : 260°C pendant 5 secondes maximum (pour les broches à 1,6 mm du boîtier).

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

• Caractéristiques de la DEL d'entrée :
  • Tension directe (V_F) : Typiquement 1,2V à 1,6V à un courant direct (I_F) de 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la DEL lorsqu'elle est allumée.
  • Courant inverse (I_R) : Maximum 100 µA à une tension inverse (V_R) de 5V. C'est le faible courant de fuite lorsque la DEL 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 le phototransistor est dans l'obscurité totale (pas de lumière de la DEL). Une valeur faible est souhaitable pour un bon rapport signal/bruit.
  • Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) : Maximum 0,4V à I_C=0,25mA et I_F=20mA. C'est la tension aux bornes du transistor lorsqu'il est complètement "allumé" (saturé). Une faible tension de saturation minimise la perte de puissance dans l'élément de commutation.
  • Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)) : Minimum 0,5 mA à V_CE=5V et I_F=20mA. Ceci spécifie le courant de sortie minimum lorsque la DEL est alimentée et qu'un objet n'interrompt pas le faisceau (mode réflexion supposé).
• Temps de réponse du coupleur (système) :
  • Temps de montée (T_R) : 3 µs (typique) à 15 µs (maximum). C'est le temps nécessaire pour que la sortie du phototransistor passe de 10% à 90% de sa valeur finale lorsque la DEL est allumée.
  • Temps de descente (T_F) : 4 µs (typique) à 20 µs (maximum). C'est le temps nécessaire pour que la sortie passe de 90% à 10% lorsque la DEL est éteinte. Ces temps rapides sont essentiels pour la fonctionnalité "vitesse de commutation rapide" mentionnée.
  • Conditions de test : V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

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 fournis dans le texte, leur but est d'illustrer la relation entre les paramètres clés dans des conditions variables, ce qui est essentiel pour une conception robuste.

3.1 Informations déduites des courbes

Sur la base de la pratique standard pour de tels composants, les courbes typiques incluraient probablement :

• Courant direct vs. Tension directe (I_F-V_F) :Cette courbe montre la relation non linéaire entre le courant traversant la DEL et la tension à ses bornes. Elle aide à déterminer la valeur de la résistance série requise pour obtenir un courant de commande souhaité à partir d'une tension d'alimentation donnée.
• Courant collecteur vs. Tension collecteur-émetteur (I_C-V_CE) :Pour le phototransistor, cette famille de courbes serait tracée pour différents niveaux de lumière incidente (ou différents courants de commande de la DEL, I_F). Elle définit les régions de fonctionnement du transistor (blocage, actif, saturation) dans des conditions éclairées.
• Taux de transfert de courant (CTR) vs. Courant direct :Le CTR est le rapport entre le courant collecteur de sortie du phototransistor (I_C) et le courant direct d'entrée de la DEL (I_F), généralement exprimé en pourcentage. Cette courbe montre comment l'efficacité change avec le courant de commande et est cruciale pour concevoir le circuit d'interface afin d'assurer une excursion de signal de sortie suffisante.
• Dépendance à la température :Courbes montrant comment des paramètres comme la tension directe (V_F), le courant d'obscurité (I_CEO) et le CTR varient avec la température ambiante. Ceci est vital pour garantir un fonctionnement stable sur toute la plage de température spécifiée (-25°C à +85°C).

4. Informations mécaniques et de boîtier

Les dimensions du boîtier sont référencées mais non détaillées dans le texte fourni. Les notes spécifient que toutes les dimensions sont en millimètres (avec les pouces entre parenthèses) et que la tolérance générale est de ±0,25 mm sauf indication contraire. Le numéro de pièce LTH-872-N55T1 suggère un style de boîtier spécifique commun aux photo-interrupteurs à réflexion, qui présente généralement un corps en plastique moulé avec une fente. L'émetteur et le détecteur font face à la même direction de part et d'autre de cette fente, leur permettant de détecter un objet qui réfléchit la lumière émise.

4.1 Identification de la polarité et brochage

Bien que le brochage exact ne soit pas listé, les boîtiers standard de photo-interrupteurs ont 4 broches : deux pour l'anode et la cathode de la DEL infrarouge, et deux pour le collecteur et l'émetteur du phototransistor NPN. La fiche technique inclurait typiquement un diagramme montrant la vue de dessus et la numérotation des broches (par exemple, 1 : Anode, 2 : Cathode, 3 : Collecteur, 4 : Émetteur). Une connexion de polarité correcte pour la DEL est obligatoire pour éviter les dommages.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La fiche technique fournit un paramètre critique pour l'assemblage : la température maximale de soudure des broches. Pour les broches positionnées à 1,6 mm (0,063 pouces) du boîtier plastique, la température ne doit pas dépasser260°C pendant 5 secondes. Il s'agit d'une spécification standard pour la soudure à la vague ou manuelle. Pour la soudure par refusion, le composant doit être compatible avec le profil de refusion spécifique utilisé, qui a généralement une température de pic autour de 240-250°C. Dépasser ces limites thermiques peut causer des dommages internes aux jonctions semi-conductrices ou déformer le boîtier plastique, affectant l'alignement optique et les performances.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Circuit d'application typique

Un circuit d'interface de base comporte deux parties principales :

1. Pilote de DEL :Une résistance de limitation de courant est connectée en série avec la DEL. La valeur de la résistance (R_série) est calculée comme suit : R_série= (V_CC- V_F) / I_F. En utilisant une V_Ftypique de 1,4V et un I_Fsouhaité de 20mA avec une alimentation de 5V, on obtient R_série= (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ω. Une résistance standard de 180Ω ou 220Ω serait appropriée. Alimenter la DEL avec un courant constant, plutôt qu'une tension constante, fournit une sortie lumineuse plus stable.
2. Sortie du phototransistor :Le phototransistor est typiquement utilisé dans une configuration à émetteur commun. Une résistance de charge (R_L) est connectée entre le collecteur et l'alimentation positive (V_CC). L'émetteur est connecté à la masse. Lorsque la lumière frappe le transistor, il s'allume, abaissant la tension du collecteur (vers V_CE(SAT)). Dans l'obscurité, le transistor est éteint, et la tension du collecteur est tirée vers le haut à V_CCpar R_L. La valeur de R_Ldétermine l'excursion de tension de sortie et la vitesse ; un R_Lplus petit donne une réponse plus rapide mais une excursion plus petite. La fiche technique teste avec R_L=100Ω.

6.2 Considérations de conception

• Immunité à la lumière ambiante :En tant que capteur à réflexion, il peut être sensible à la lumière ambiante (en particulier la lumière du soleil ou un éclairage intérieur vif contenant de l'infrarouge). L'utilisation d'un signal de commande de DEL modulé et d'une détection synchrone dans le circuit récepteur peut grandement améliorer l'immunité à ce type d'interférence.
• Réflectivité de l'objet :La distance de détection effective et la force du signal dépendent fortement de la réflectivité de l'objet cible. Les surfaces très réfléchissantes (comme le papier blanc) fonctionnent le mieux, tandis que les surfaces sombres ou mates peuvent ne pas réfléchir suffisamment de lumière.
• Alignement et espacement :La distance de détection optimale (espacement entre le capteur et l'objet réfléchissant) est généralement spécifiée dans la fiche technique complète. La conception mécanique doit garantir que cet espacement est maintenu de manière cohérente.
• Bruit électrique :Pour des câbles longs ou des environnements bruyants, un blindage et un filtrage appropriés du signal de sortie peuvent être nécessaires, car la sortie du phototransistor est un nœud à haute impédance lorsqu'il est éteint et peut être sensible aux captations parasites.

7. Comparaison et différenciation techniques

Comparé à d'autres technologies de détection, ce photo-interrupteur offre des avantages spécifiques :

• vs. Interrupteurs mécaniques :Pas de rebond de contact, durée de vie beaucoup plus longue (millions contre milliers de cycles), réponse plus rapide et fonctionnement silencieux.
• vs. Photo-interrupteurs transmissifs (optocoupleurs à fente) :Les types à réflexion comme le LTH-872-N55T1 ne nécessitent pas qu'un objet passe à travers une fente ; ils peuvent détecter des objets à distance. Cela simplifie la conception mécanique pour des applications comme la détection de papier où le papier se déplace le long d'une surface.
• vs. Capteurs modernes (par exemple, effet Hall, ultrasonique) :Les photo-interrupteurs sont généralement plus simples et moins coûteux pour une détection de présence/absence de base. Ils ne nécessitent pas d'aimants (comme les capteurs Hall) et sont moins complexes que les capteurs ultrasoniques, bien qu'ils puissent être moins efficaces sur des cibles non réfléchissantes.

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

Q : Quel est le but de la spécification du courant d'obscurité (I_CEO) ?

R : Le courant d'obscurité est le faible courant de fuite qui traverse le phototransistor lorsqu'il est complètement dans l'obscurité (pas de lumière de la DEL et pas de lumière ambiante). À l'état "éteint", ce courant traversant la résistance de charge (R_L) crée une faible chute de tension. Un courant d'obscurité élevé pourrait entraîner une tension de sortie qui n'est pas complètement au niveau logique "haut", risquant de provoquer une mauvaise interprétation par le circuit suivant. Le maximum spécifié de 100 nA est très faible, garantissant un signal d'état éteint propre.

Q : Comment choisir le bon courant de commande de la DEL (I_F) ?

R : Le courant de commande affecte la sortie lumineuse, ce qui affecte directement le courant de sortie du phototransistor (I_C(ON)) et la sensibilité du dispositif. Fonctionner à la condition de test typique de 20mA est un bon point de départ. Vous pouvez réduire le courant pour économiser de l'énergie si l'application présente une réflectivité élevée et une courte distance. Augmenter le courant peut améliorer la force du signal pour des cibles difficiles mais augmentera la dissipation de puissance et doit rester en dessous du maximum absolu de 50mA. Reportez-vous à la courbe typique CTR vs. I_Fpour vous guider.

Q : Puis-je utiliser ce capteur à l'extérieur ?

R : La plage de température de fonctionnement (-25°C à +85°C) permet une utilisation dans de nombreux environnements. Cependant, la lumière directe du soleil contient un rayonnement infrarouge puissant qui peut saturer le phototransistor, provoquant une détection constante "allumée". Pour une utilisation en extérieur, un filtrage optique (un filtre passe-IR qui bloque la lumière visible mais laisse passer la longueur d'onde de la DEL) et/ou des techniques de modulation de signal sont fortement recommandés pour rejeter la lumière IR ambiante.

9. Principe de fonctionnement

Le LTH-872-N55T1 fonctionne sur le principe de la modulation de réflexion interne. Une DEL infrarouge émet de la lumière. En l'absence d'une cible réfléchissante dans le champ de détection, la majeure partie de cette lumière se dissipe. Lorsqu'un objet suffisamment réfléchissant entre dans le champ, une partie de la lumière émise est réfléchie vers le dispositif. Le phototransistor intégré, sensible à la même longueur d'onde infrarouge, détecte cette lumière réfléchie. Les photons incidents génèrent des paires électron-trou dans la région de base du phototransistor, fournissant effectivement un courant de base. Cela amène le transistor à s'allumer, permettant à un courant collecteur (I_C) de circuler, proportionnel à l'intensité de la lumière réfléchie. Ce changement de courant/tension de sortie est ensuite utilisé par le circuit externe pour signaler la présence de l'objet.

10. Tendances de l'industrie

Bien que la technologie fondamentale des photo-interrupteurs soit mature, les tendances se concentrent sur la miniaturisation, l'intégration et l'amélioration des fonctionnalités. Les dispositifs plus récents peuvent présenter :

- Boîtiers CMS (montage en surface) :Empreintes plus petites pour l'assemblage de PCB haute densité.

- Circuits intégrés intégrés :Certains photo-interrupteurs modernes incluent une amplification, des déclencheurs de Schmitt pour l'hystérésis, et même une sortie numérique (par exemple, I2C) sur puce, simplifiant la conception de l'interface.

- Vitesse plus élevée :Le développement se poursuit pour des temps de réponse encore plus rapides afin de suivre l'augmentation des vitesses des machines.

- Rejet amélioré de la lumière ambiante :Des conceptions optiques avancées et des schémas de modulation sont employés pour rendre les capteurs plus robustes dans des environnements d'éclairage difficiles. Le principe fondamental de détection par réflexion, tel qu'incarné dans des composants comme le LTH-872-N55T1, reste une solution fiable et rentable pour une large gamme de tâches de détection sans contact.