Fiche technique du capteur optique réfléchissant ITR8307/F43 - LED infrarouge et phototransistor - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR8307/F43 est un capteur optique réfléchissant compact à montage en surface, conçu pour la détection d'objets à courte distance. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) et un phototransistor au silicium NPN haute sensibilité dans un seul boîtier plastique. Sa fonction principale est de détecter la présence ou l'absence d'un objet en émettant de la lumière infrarouge depuis la LED et en mesurant la quantité de lumière réfléchie vers le phototransistor.

Les avantages principaux de ce dispositif incluent son temps de réponse rapide, sa haute sensibilité à la lumière infrarouge et sa capacité à filtrer les interférences de la lumière visible, garantissant ainsi un fonctionnement fiable. Son format fin et compact le rend adapté aux applications à espace limité dans l'électronique grand public et les équipements contrôlés par micro-ordinateur.

Le dispositif est fabriqué sans plomb (Pb-free), conforme au règlement REACH de l'UE, et respecte les standards sans halogène (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Il est également conçu pour rester dans les spécifications de la directive RoHS.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

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

• Dissipation de puissance de l'entrée (LED IR) (Pd) :75 mW à une température ambiante libre de 25°C ou moins. Le dépassement peut surchauffer la jonction de la LED.
• Tension inverse de la LED (VR) :5 V. L'application d'une tension inverse plus élevée peut provoquer un claquage.
• Courant direct de la LED (IF) :50 mA en continu. Le courant direct de crête (IFP) est de 1 A pour des impulsions de 100 µs de largeur à une période de 10 ms.
• Dissipation de puissance du collecteur de sortie (Phototransistor) (PC) :75 mW.
• Courant de collecteur (IC) :50 mA maximum.
• Tension collecteur-émetteur (V_CEO) :30 V. C'est la tension maximale qui peut être appliquée entre le collecteur et l'émetteur avec la base ouverte.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C. Le dispositif est fonctionnel dans cette plage de température ambiante.
• Température de stockage (T_stg) :-30°C à +100°C.
• Température de soudure des broches (T_sol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à Ta=25°C et définissent la performance typique du dispositif.

• Tension directe de la LED (V_F) :Typiquement 1,2 V, avec un maximum de 1,6 V à un courant direct (I_F) de 20 mA. Ceci est important pour concevoir le circuit de commande limitant le courant.
• Longueur d'onde de crête de la LED (λ_P) :940 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la LED IR émet le plus de puissance optique, correspondant à la sensibilité de crête du phototransistor au silicium.
• Courant d'obscurité du phototransistor (I_CEO) :Maximum 100 nA à V_CE=10V sans éclairage (E_e=0). C'est le courant de fuite lorsque le capteur est 'éteint' et doit être minimisé pour un bon rapport signal/bruit.
• Courant de collecteur (I_C(ON)) :Minimum 0,1 mA dans les conditions de test V_CE=5V et I_F=20mA. C'est le photocourant généré lorsque la LED est active et qu'un objet est dans la plage de détection.
• Temps de montée/descente (t_r, t_f) :Typiquement 20 µs chacun. Ceci définit la vitesse de commutation du phototransistor, cruciale pour détecter des objets en mouvement rapide ou pour la transmission de données à haute vitesse dans certaines applications.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques qui permettent une compréhension approfondie du comportement du dispositif dans différentes conditions. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits ici, leurs implications typiques sont expliquées.

3.1 Caractéristiques de la LED infrarouge

Les courbes pour l'émetteur infrarouge montrent généralement la relation entre la tension directe et le courant direct (courbe I-V), qui est non linéaire. Elles illustrent également l'intensité rayonnante relative en fonction du courant direct, montrant comment la sortie optique augmente avec le courant de commande, et l'effet de la température ambiante sur cette sortie, qui diminue généralement lorsque la température augmente.

3.2 Caractéristiques du phototransistor

Les courbes pour le récepteur dépeignent généralement le courant de collecteur en fonction de la tension collecteur-émetteur pour différents niveaux d'éclairement énergétique (puissance optique d'entrée). Cette famille de courbes est similaire aux caractéristiques de sortie d'un transistor bipolaire, l'éclairement énergétique agissant comme un courant de base. D'autres courbes peuvent montrer le courant de collecteur en fonction de la distance à une surface réfléchissante ou en fonction du courant de commande de la LED, définissant la fonction de transfert du capteur.

3.3 Caractéristiques combinées du capteur

Ces courbes représentent la performance de l'ensemble du capteur. Un graphique clé est le courant de collecteur en fonction de la distance à une surface réfléchissante standard (souvent une carte blanche) pour un courant de LED fixe. Cette courbe définit la plage de détection effective et la réponse non linéaire en fonction de la distance, ce qui est critique pour la conception de la détection par seuil.

4. Informations mécaniques et de boîtier

Le dispositif est fourni dans un boîtier compact à montage en surface. Les dimensions exactes sont fournies dans le dessin du boîtier de la fiche technique. Les notes clés du dessin spécifient que toutes les dimensions sont en millimètres et la tolérance générale est de ±0,15 mm sauf indication contraire. Le placement côte à côte de la LED IR et du phototransistor est optimisé pour la détection par réflexion. Le boîtier inclut des marquages de polarité pour assurer une orientation correcte lors de l'assemblage sur PCB.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La caractéristique maximale absolue pour la température de soudure des broches est de 260°C pendant 5 secondes. Ce paramètre doit être strictement respecté pendant les procédés de soudure par refusion ou à la vague pour éviter d'endommager le boîtier plastique ou les connexions internes par fil. Les profils standard IPC/JEDEC J-STD-020 pour la soudure sans plomb sont généralement applicables, mais la température de crête et le temps au-dessus du liquidus doivent être contrôlés. Une exposition prolongée à une humidité élevée avant la soudure doit être évitée, et les procédures de manipulation standard du niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) sont recommandées, bien que la classification MSL spécifique ne soit pas indiquée dans le contenu fourni.

6. Informations d'emballage et de commande

L'emballage standard est le suivant :

1. 160 pièces par tube.
2. 18 tubes par carton intérieur.
3. 12 cartons intérieurs par carton maître (extérieur).

L'étiquette sur l'emballage inclut des champs pour le Numéro de Production du Client (CPN), le Numéro de Production (P/N), la Quantité d'Emballage (QTY), les Rangs (CAT), la Longueur d'Onde de Crête (HUE), la Référence (REF), le Numéro de Lot (LOT No.), et le Lieu de Production.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

La fiche technique liste plusieurs applications classiques : appareils photo (par ex. pour détecter la présence de film ou de bande), magnétoscopes, lecteurs de disquettes, enregistreurs à cassette, et divers équipements de contrôle par micro-ordinateur. Les applications modernes incluent la détection de papier dans les imprimantes, la détection de pièces dans les distributeurs automatiques, la détection de bord, le comptage d'objets et la détection de proximité dans les appareils grand public où une détection sans contact est requise.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Une résistance en série doit être utilisée avec la LED IR pour limiter le courant direct (I_F) à une valeur sûre, typiquement 20 mA pour un fonctionnement standard, calculée en utilisant la tension d'alimentation et la tension directe de la LED (V_F).
• Résistance de charge :La sortie du phototransistor nécessite une résistance de rappel ou de charge (R_L) connectée entre le collecteur et l'alimentation positive. Sa valeur détermine l'excursion de tension de sortie et la vitesse de réponse. Une résistance plus petite offre une réponse plus rapide mais une sensibilité plus faible (changement de tension plus petit).
• Immunité à la lumière ambiante :Bien que le dispositif coupe la lumière visible, des sources infrarouges ambiantes fortes (soleil, ampoules à incandescence) peuvent affecter les performances. Un blindage mécanique, des filtres optiques ou des techniques de modulation/démodulation (impulsion de la LED et lecture synchrone de la sortie) peuvent améliorer la fiabilité.
• Réflectivité :La plage de détection et la force du signal dépendent fortement de la réflectivité, de la couleur et de la texture de surface de l'objet cible. Un étalonnage ou des seuils ajustables peuvent être nécessaires.

8. Comparaison technique

L'ITR8307/F43 offre un ensemble spécifique de fonctionnalités. Comparé à des phototransistors ou photodiodes plus simples, il fournit une solution intégrée et alignée pour la détection par réflexion. Comparé aux capteurs modernes à sortie numérique avec logique intégrée, c'est un composant analogique nécessitant un circuit externe pour le conditionnement du signal, offrant une plus grande flexibilité de conception mais plus de complexité. Ses principaux points différenciants sont sa taille compacte, son temps de réponse rapide (20 µs) et sa conformité aux réglementations environnementales (RoHS, REACH, sans halogène).

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la distance de détection typique ?

R : La fiche technique ne spécifie pas de distance maximale car elle dépend fortement de la réflectivité de la cible et du courant de commande de la LED. La condition de test pour I_C(ON)utilise un écart de 1mm, indiquant qu'il est optimisé pour la détection à très courte portée. Les portées pratiques sont généralement de quelques millimètres à quelques centimètres.

Q : Puis-je alimenter la LED directement avec une source de tension ?

R : Non. La LED doit être commandée par une source à courant limité, presque toujours mise en œuvre avec une résistance en série, pour éviter l'emballement thermique et la destruction par surintensité.

Q : Comment connecter la sortie à un microcontrôleur ?

R : La sortie du collecteur du phototransistor est une tension analogique qui varie avec la lumière réfléchie. Elle peut être connectée à une broche de convertisseur analogique-numérique (ADC) d'un microcontrôleur pour une mesure précise, ou via un circuit comparateur pour créer un signal numérique marche/arrêt pour une broche GPIO.

Q : Quel est le but de la fonctionnalité 'Coupe des longueurs d'onde visibles' ?

R : Le phototransistor est conçu pour être principalement sensible à la lumière infrarouge de 940 nm de sa LED associée et moins sensible à la lumière visible. Cela réduit les déclenchements erronés dus aux changements de l'éclairage ambiant de la pièce.

10. Cas d'utilisation pratique

Cas : Détection de fin de papier dans une imprimante de bureau

Le capteur est monté à l'intérieur de l'imprimante, face au chemin du papier. Un drapeau réfléchissant ou le papier lui-même agit comme cible. Lorsque du papier est présent, la lumière infrarouge se réfléchit vers le phototransistor, générant un courant de collecteur élevé et une tension de sortie basse (si une résistance de rappel est utilisée). Lorsque le papier est épuisé, la réflexion cesse, le phototransistor s'éteint et la tension de sortie devient élevée. Cette transition de tension est détectée par la logique de contrôle de l'imprimante, déclenchant une alerte "papier épuisé" pour l'utilisateur. Le temps de réponse rapide assure la détection même à des vitesses d'alimentation en papier élevées.

11. Principe de fonctionnement

L'ITR8307/F43 fonctionne sur le principe de la réflexion de lumière modulée. La LED infrarouge interne au GaAs convertit le courant électrique en lumière infrarouge (940 nm). Cette lumière est émise vers une zone cible. Si un objet est présent dans le champ de détection, une partie de cette lumière est réfléchie. Le phototransistor au silicium NPN intégré agit comme récepteur. Lorsque les photons de la lumière infrarouge réfléchie frappent la jonction base-collecteur du phototransistor, ils génèrent des paires électron-trou. Ce photocourant généré agit comme un courant de base, qui est ensuite amplifié par le gain du transistor, résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important (I_C). L'amplitude de ce courant de collecteur est proportionnelle à l'intensité de la lumière infrarouge réfléchie, qui dépend à son tour de la distance et de la réflectivité de l'objet. En mesurant ce courant de sortie (ou la tension aux bornes d'une résistance de charge), la présence, l'absence, ou même la distance approximative d'un objet peut être déterminée.

12. Tendances technologiques

Les capteurs optiques réfléchissants comme l'ITR8307/F43 représentent une technologie mature et fiable. Les tendances actuelles dans le domaine incluent une miniaturisation accrue des boîtiers, l'intégration du capteur avec des circuits d'interface analogique (amplificateurs, ADC) et une logique numérique (interfaces I2C/SPI) dans des solutions à puce unique, réduisant le nombre de composants externes. Il y a également un accent sur une consommation d'énergie plus faible pour les appareils à piles et des algorithmes améliorés pour l'annulation de la lumière de fond et la mesure de distance. La demande de composants respectueux de l'environnement (verts), que ce dispositif adresse, continue d'être un moteur fort dans l'industrie électronique.

13. Clause de non-responsabilité et notes importantes

Sur la base du contenu de la fiche technique, les clauses de non-responsabilité et notes suivantes sont critiques pour les utilisateurs :

1. Le fabricant se réserve le droit d'ajuster la composition des matériaux du produit.
2. Le produit répond à ses spécifications publiées pendant 12 mois à partir de la date d'expédition.
3. Les graphiques et valeurs typiques sont fournis à titre indicatif uniquement et ne représentent pas des limites minimales ou maximales garanties.
4. L'utilisateur est responsable du fonctionnement du dispositif dans ses Caractéristiques Maximales Absolues. Le fabricant n'assume aucune responsabilité pour les dommages résultant d'une mauvaise utilisation.
5. Le contenu de la fiche technique est protégé par le droit d'auteur ; sa reproduction nécessite un consentement préalable.
6. Avertissement critique :Ce produit estnon destinéà une utilisation dans des applications critiques pour la sécurité, y compris les équipements militaires, aéronautiques, automobiles, médicaux, de maintien de la vie ou de sauvetage. Pour de telles applications, une autorisation explicite doit être obtenue.