Fiche technique LTH-306-04 Photo-interrupteur - Interrupteur optique à fente - Document technique FR - Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-306-04 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 (DEL) infrarouge et un phototransistor dans un boîtier unique et compact. Sa fonction principale est de détecter la présence ou l'absence d'un objet en interrompant le trajet lumineux entre l'émetteur et le détecteur. Ce dispositif est conçu pour un montage direct sur circuit imprimé ou une utilisation avec un support DIL, offrant une solution fiable pour la détection de position, les fin de course et la détection d'objets dans diverses applications électroniques.

1.1 Avantages principaux

• Fonctionnement sans contact :Élimine l'usure mécanique, garantissant une fiabilité à long terme et un fonctionnement silencieux.
• Vitesse de commutation rapide :Permet la détection d'événements à haute vitesse, adapté aux applications de comptage et de chronométrage.
• Facteur de forme compact :Le boîtier standardisé permet une intégration aisée dans des conceptions à espace limité.
• Isolation électrique :L'entrée (DEL) et la sortie (phototransistor) sont électriquement isolées, offrant une immunité au bruit et une sécurité.

1.2 Marché cible et applications

Ce composant est largement utilisé dans les industries nécessitant une détection d'objet précise et fiable sans contact physique. Les applications typiques incluent :

• Électronique grand public :Détection de papier dans les imprimantes, scanners et photocopieurs ; détection de position du tiroir dans les lecteurs CD/DVD.
• Automatisation industrielle :Fin de course sur actionneurs linéaires, disques d'encodeurs rotatifs, comptage d'objets sur convoyeurs et retour de position de bras robotisés.
• Équipement de bureau :Détection de bourrage papier, niveau de toner et état ouvert/fermé du capot.
• Instrumentation :Tachymètres, débitmètres et autres appareils nécessitant la mesure de vitesse de rotation ou linéaire.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

La performance du photo-interrupteur est définie par ses caractéristiques électriques et optiques, qui doivent être soigneusement prises en compte lors de la conception du circuit.

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.

• DEL d'entrée :
  • Puissance dissipée : 75 mW
  • Courant direct continu (I_F) : 60 mA
  • Courant direct de crête (300 pps, impulsion de 10 μs) : 1 A
  • Tension inverse : 5 V
• Phototransistor de sortie :
  • Puissance dissipée : 100 mW
  • Tension collecteur-émetteur (V_CE) : 30 V
  • Courant collecteur (I_C) : 20 mA
• Environnement :
  • Plage de température de fonctionnement : -25°C à +85°C
  • Plage de température de stockage : -40°C à +100°C
  • Température de soudure des broches (à 1,6mm du boîtier) : 260°C pendant 5 secondes

2.2 Caractéristiques électriques & optiques (T_A= 25°C)

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques dans des conditions de test spécifiées.

• Tension directe de la DEL (V_F) :1,2V (Min), 1,6V (Typ) à I_F= 20mA. Ce paramètre est crucial pour sélectionner la résistance de limitation de courant pour la DEL.
• Courant d'obscurité du phototransistor (I_CEO) :Max 100 nA à V_CE= 10V. C'est le courant de fuite lorsque la DEL est éteinte, affectant le niveau du signal à l'état "bloqué".
• Courant collecteur à l'état passant (I_C(ON)) :0,5mA (Min), 2mA (Typ) à V_CE= 5V et I_F= 20mA. Ceci définit l'amplitude du signal de sortie lorsque le trajet lumineux n'est pas obstrué.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :Typ 0,4V à I_C= 0,25mA et I_F= 20mA. Une faible tension de saturation est souhaitable pour un signal numérique propre.
• Temps de réponse :
  • Temps de montée (t_r) : 3 μS (Typ), 15 μS (Max)
  • Temps de descente (t_f) : 4 μS (Typ), 20 μS (Max)
  Mesuré à V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω. Ces temps limitent la fréquence de commutation maximale du dispositif.

3. Analyse des courbes de performance

Bien que les courbes spécifiques ne soient pas détaillées dans le texte fourni, les graphiques de performance typiques pour de tels dispositifs fournissent des informations essentielles pour la conception.

3.1 Courant direct vs. Tension directe (I_F-V_F)

Cette courbe montre la relation non linéaire entre le courant et la tension de la DEL. Elle aide à concevoir un circuit de commande efficace, assurant que la DEL fonctionne dans sa zone de sécurité tout en fournissant une puissance optique suffisante.

3.2 Courant collecteur vs. Courant direct (I_C-I_F)

Ce graphique, souvent appelé caractéristique de transfert ou courbe de rapport de transfert de courant (CTR), est fondamental. Il illustre comment le courant de sortie du phototransistor varie avec le courant d'entrée de la DEL. La pente représente le CTR, un paramètre clé d'efficacité. Les concepteurs l'utilisent pour déterminer le courant de commande de la DEL nécessaire pour obtenir une excursion de courant de sortie souhaitée.

3.3 Dépendance à la température

Les courbes de performance à différentes températures (ex : -25°C, 25°C, 85°C) sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non ambiantes. Typiquement, la tension directe de la DEL diminue avec l'augmentation de la température, tandis que la sensibilité du phototransistor peut aussi varier. Ces effets doivent être compensés dans les applications de précision ou à large plage de température.

4. Informations mécaniques & sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le LTH-306-04 possède un boîtier traversant standard. Les notes dimensionnelles clés incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (pouces).
• La tolérance est de ±0,25mm (0,010") sauf indication contraire.
• L'espacement des broches est mesuré là où elles sortent du corps du boîtier, ce qui est critique pour la disposition du circuit imprimé.

La largeur de la fente, sa profondeur et l'encombrement global du boîtier déterminent la taille de l'objet détectable et les exigences de montage.

4.2 Identification de la polarité

Pour un fonctionnement correct, l'identification des broches est essentielle. La broche la plus longue désigne typiquement l'anode de la DEL. Le collecteur et l'émetteur du phototransistor doivent également être connectés correctement selon le schéma de brochage de la fiche technique (sous-entendu mais non détaillé dans l'extrait). Une polarité incorrecte peut empêcher le fonctionnement ou endommager le dispositif.

5. Guide de soudure & d'assemblage

5.1 Soudure manuelle

Lors d'une soudure manuelle, il faut éviter une chaleur excessive. La valeur maximale absolue spécifie que les broches peuvent être soudées à 260°C pendant 5 secondes, mesurées à 1,6mm (0,063") du boîtier plastique. Dépasser cette limite peut faire fondre le boîtier ou endommager la puce semi-conductrice interne.

5.2 Soudure à la vague

Pour la soudure à la vague, les profils standards pour composants traversants sont généralement applicables. Un préchauffage est recommandé pour minimiser le choc thermique. Le dispositif ne doit pas être immergé dans la vague de soudure plus longtemps que nécessaire.

5.3 Nettoyage

Si un nettoyage est requis après soudure, utilisez des solvants compatibles avec le matériau plastique du dispositif. Des produits chimiques agressifs ou un nettoyage ultrasonique avec des fréquences inappropriées peuvent endommager le boîtier ou les liaisons internes.

6. Considérations de conception d'application

6.1 Commande de la DEL d'entrée

La DEL nécessite une source de courant constant ou une source de tension avec une résistance de limitation de courant en série. L'utilisation d'une résistance est la méthode la plus courante. La valeur de la résistance (R_LIMIT) est calculée comme suit : R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F. Utilisez la V_Fmaximale de la fiche technique pour garantir que le courant ne dépasse pas le I_Fchoisi dans toutes les conditions. Par exemple, avec V_CC= 5V, V_F= 1,6V, et un I_Fsouhaité = 20mA : R_LIMIT= (5 - 1,6) / 0,02 = 170 Ω. Une résistance standard de 180 Ω serait appropriée.

6.2 Interface avec le phototransistor de sortie

Le phototransistor peut être utilisé dans deux configurations courantes :

• Émetteur commun (mode commutation) :Le collecteur est connecté à V_CCvia une résistance de rappel (R_L), et l'émetteur est mis à la masse. La sortie est prise sur le collecteur. Lorsque la lumière frappe le transistor, il s'active, tirant la tension du collecteur vers le bas (près de V_CE(SAT)). Lorsqu'il est bloqué, il se désactive, et la résistance de rappel tire la tension vers le haut à V_CC. Cela fournit une sortie de niveau logique.
• Collecteur commun (suiveur d'émetteur) :Le collecteur est connecté directement à V_CC, et l'émetteur est connecté à la masse via une résistance. La sortie est prise sur l'émetteur. Cette configuration fournit un gain en courant mais pas d'inversion de tension.

La valeur de la résistance de charge (R_L) affecte à la fois l'excursion de tension de sortie et le temps de réponse. Un R_Lplus petit permet une commutation plus rapide (comme indiqué dans la condition de test R_L=100Ω) mais réduit l'excursion de tension de sortie pour un photocourant donné. Un R_Lplus grand donne une plus grande excursion mais une réponse plus lente.

6.3 Considérations environnementales

• Lumière ambiante :Le dispositif utilise une DEL infrarouge, ce qui réduit les interférences de la lumière ambiante visible. Cependant, des sources IR puissantes (soleil, ampoules à incandescence) peuvent provoquer des déclenchements erronés. L'utilisation d'un signal DEL modulé et d'une détection synchrone peut grandement améliorer l'immunité.
• Contaminants :La poussière, l'huile ou d'autres contaminants sur la lentille ou dans la fente peuvent atténuer le signal lumineux, réduisant la sensibilité. L'application doit tenir compte de l'environnement de fonctionnement.
• Caractéristiques de l'objet :L'objet détecté doit être opaque à la longueur d'onde infrarouge. Les matériaux translucides ou réfléchissants peuvent ne pas interrompre le faisceau de manière fiable.

7. Comparaison & différenciation technique

Comparé aux interrupteurs mécaniques et autres technologies de détection, le photo-interrupteur LTH-306-04 offre des avantages distincts :

• vs. Micro-interrupteurs mécaniques :Pas de rebond de contact, durée de vie virtuellement infinie (pas de pièces mobiles à user), réponse plus rapide et fonctionnement silencieux.
• vs. Capteurs réfléchissants :Les capteurs à fente sont insensibles à la couleur et à la réflectivité de l'objet cible. Ils fournissent un signal plus constant et fiable lorsque la seule exigence est de détecter la présence d'un objet dans un espace spécifique.
• vs. Capteurs à effet Hall :Les photo-interrupteurs ne nécessitent pas de champ magnétique, les rendant adaptés aux applications impliquant des matériaux non ferreux ou où les champs magnétiques sont indésirables.

Ses principaux points de différenciation dans la catégorie des photo-interrupteurs seraient sa taille de boîtier spécifique, les dimensions de la fente, le rapport de transfert de courant (CTR) et la vitesse de commutation, qui doivent être comparés aux fiches techniques des modèles concurrents pour une application donnée.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

8.1 Quelle est la durée de vie typique de ce dispositif ?

Puisqu'il n'y a pas de pièces mobiles, la vie est principalement déterminée par la diminution progressive de la puissance lumineuse de la DEL (dépréciation des lumens). Lorsqu'il fonctionne dans ses spécifications, notamment en courant et température, il peut typiquement fonctionner pendant des dizaines de milliers d'heures.

8.2 Comment choisir la valeur de la résistance de charge (R_L) ?

Le choix implique un compromis. Pour un signal numérique marche/arrêt, sélectionnez R_Lde sorte que la chute de tension à ses bornes lorsque le phototransistor est complètement passant (I_C(ON)* R_L) représente une part significative de votre tension d'alimentation (ex : > 2,5V pour un système 5V pour assurer un bon niveau logique bas). Vérifiez ensuite que le temps de réponse résultant répond à vos exigences de vitesse. Utilisez la valeur de la condition de test (100Ω) comme référence.

8.3 Puis-je l'utiliser en extérieur ?

La plage de température de fonctionnement (-25°C à +85°C) permet une utilisation dans de nombreux environnements extérieurs. Cependant, la lumière directe du soleil contient des IR puissants et peut saturer le capteur. De plus, l'humidité, la condensation ou la saleté obstruant la fente altéreront la fonction. Un boîtier de protection ou un scellement soigné est nécessaire pour une utilisation extérieure fiable.

8.4 Pourquoi mon signal de sortie est-il bruité ou instable ?

Les causes courantes incluent : 1) Un courant de commande de la DEL insuffisant, résultant en un signal faible. 2) Une captation de bruit électrique sur la sortie à haute impédance du phototransistor. Utilisez un câble plus court, ajoutez un petit condensateur (ex : 10nF à 100nF) de la sortie à la masse, ou utilisez un câble blindé. 3) Des interférences de la lumière ambiante. 4) L'objet détecté n'est pas totalement opaque aux IR.

9. Exemples d'applications pratiques

9.1 Disque d'encodeur rotatif

Une roue à fentes fixée à un arbre de moteur tourne entre l'émetteur et le détecteur. Lorsque les fentes passent, elles créent une sortie pulsée. En comptant ces impulsions, la vitesse de rotation peut être mesurée. L'utilisation de deux photo-interrupteurs légèrement décalés crée une sortie en quadrature, permettant également la détection de direction.

9.2 Détection de fin de papier dans une imprimante

Le photo-interrupteur est monté de sorte que le volet du bac à papier passe dans sa fente. Lorsque du papier est présent, le volet est repoussé, interrompant le faisceau et changeant l'état de sortie. Le microcontrôleur surveille ce signal pour alerter l'utilisateur lorsque le papier est faible.

9.3 Verrouillage de sécurité

Dans un équipement avec des pièces mobiles ou haute tension, un photo-interrupteur peut être utilisé comme verrouillage de sécurité sur un capot de protection. Lorsque le capot est ouvert, une palette attachée entre dans la fente, coupant le faisceau et envoyant un signal pour couper immédiatement l'alimentation du sous-système dangereux.

10. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de la transduction optoélectronique. Un courant électrique appliqué au côté entrée fait émettre de la lumière infrarouge par la DEL. Cette lumière traverse un petit espace d'air à l'intérieur du boîtier. Du côté sortie, un phototransistor au silicium est positionné pour recevoir cette lumière. Lorsque les photons frappent la région de base du phototransistor, ils génèrent des paires électron-trou, qui agissent comme un courant de base. Ce courant de base photogénéré est amplifié par le gain du transistor, résultant en un courant collecteur beaucoup plus important qui peut être utilisé comme signal électrique de sortie. Lorsqu'un objet opaque est placé dans la fente, il bloque le trajet lumineux. La photogénération du courant de base cesse, et le phototransistor se bloque, provoquant la chute du courant collecteur à une valeur très faible (le courant d'obscurité). Ce changement marche/arrêt du courant de sortie constitue l'action de commutation.

11. Tendances de l'industrie

La technologie fondamentale des photo-interrupteurs à fente est mature et stable. Cependant, les tendances dans le domaine plus large de l'optoélectronique et de la détection influencent leur application et leur évolution :

• Miniaturisation :Il y a une poussée continue pour des tailles de boîtier plus petites pour s'adapter aux appareils grand public et médicaux de plus en plus compacts.
• Technologie de montage en surface (SMT) :Bien que les versions traversantes restent populaires pour le prototypage et certaines applications, les photo-interrupteurs SMT deviennent plus répandus pour l'assemblage automatisé à grand volume.
• Intégration :Certaines variantes modernes intègrent la résistance de limitation de courant pour la DEL ou même un tampon à déclencheur de Schmitt du côté sortie, simplifiant le circuit externe et fournissant directement un signal numérique propre.
• Performance améliorée :Les développements dans les matériaux des DEL et des photodétecteurs peuvent conduire à des dispositifs avec une sensibilité plus élevée, des temps de réponse plus rapides et une meilleure stabilité en température.
• Conceptions spécifiques à l'application :Les capteurs sont adaptés à des marchés spécifiques, comme l'automobile (avec des plages de température plus larges) ou l'industriel (avec des indices de protection plus élevés contre la poussière et l'humidité).

Malgré ces tendances, le photo-interrupteur à fente traversant de base, tel que représenté par le LTH-306-04, reste une solution hautement fiable, économique et facile à utiliser pour une vaste gamme de tâches de détection sans contact, assurant sa pertinence continue dans la conception électronique.