Fiche technique du photo-interrupteur ITR20002 - Boîtier latéral - Longueur d'onde 940nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'ITR20002 est un module photo-interrupteur infrarouge compact à visée latérale. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge et un phototransistor au silicium NPN montés côte à côte sur un axe optique convergent dans un boîtier thermoplastique noir. Cette configuration est conçue pour la détection d'objets, la détection de position et les applications de commutation sans contact en interrompant le faisceau infrarouge entre l'émetteur et le détecteur.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

• Temps de réponse rapide :Permet une détection et une commutation rapides, adapté aux applications haute vitesse.
• Haute sensibilité :Le phototransistor au silicium assure une détection de signal fiable depuis l'émetteur IR.
• Longueur d'onde de coupure spécifique :Longueur d'onde d'émission de crête (λp) de 940nm, optimisée pour la détection infrarouge tout en minimisant les interférences de la lumière visible.
• Conformité environnementale :Le produit est sans plomb, conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Axe optique convergent :La conception côte à côte et convergente simplifie l'alignement pour la détection d'objets dans l'écart entre les composants.

1.2 Applications cibles

Le module est conçu pour diverses tâches de détection optoélectronique, notamment :

• Mécanismes de souris et photocopieurs pour détecter le mouvement ou la présence de papier.
• Lecteurs de disquettes pour détecter l'insertion du disque ou la position de la piste.
• Commutateurs sans contact à usage général.
• Montage direct sur cartes de circuits imprimés (PCB).

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique.

2.1 Valeurs 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.

• Entrée (LED IR) :
  • Dissipation de puissance (Pd) :100 mW à 25°C. Une déclassement est nécessaire à des températures ambiantes plus élevées.
  • Tension inverse (VR) :5 V. Le dépassement peut endommager la jonction de la LED.
  • Courant direct (IF) :60 mA en continu.
  • Courant direct de crête (IFP) :1 A pour des impulsions ≤100μs avec un cycle de service de 1%. Cela permet des impulsions brèves et de haute intensité.
• Sortie (Phototransistor) :
  • Dissipation de puissance du collecteur (Pc) :80 mW. Cela limite la combinaison du courant et de la tension du collecteur.
  • Courant du collecteur (IC) :20 mA maximum en courant continu.
  • Tension collecteur-émetteur (BV_CEO) :35 V. La tension maximale pouvant être appliquée aux bornes du transistor lorsque la base est ouverte.
  • Tension émetteur-collecteur (BV_ECO) :6 V. La tension inverse maximale aux bornes de l'émetteur et du collecteur.
• Caractéristiques thermiques :
  • Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C.
  • Température de stockage (T_stg) :-40°C à +85°C.
  • Température de soudure des broches (T_sol) :260°C pendant 5 secondes à 1/16 de pouce (1,6mm) du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électro-optiques (Ta=25°C)

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

• Caractéristiques d'entrée (LED IR) :
  • Tension directe (V_F) :Typiquement 1,2V à 1,5V à I_F=20mA. Ceci est important pour concevoir le circuit de commande à limitation de courant.
  • Longueur d'onde de crête (λ_P) :940nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la LED IR émet la plus grande puissance optique.
• Caractéristiques de sortie (Phototransistor) :
  • Courant d'obscurité (I_CEO) :Maximum 100 nA à V_CE=20V sans éclairage (E_e=0). C'est le courant de fuite qui définit le bruit de fond de l'état "arrêt".
  • Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) :Maximum 0,4V à I_C=0,04mA et I_F=40mA. Un V_CE(sat)faible est souhaitable lorsque le transistor est utilisé comme interrupteur.
  • Courant du collecteur (I_C(ON)) :Varie de 0,04mA à 0,9mA à V_CE=5V et I_F=20mA. Ce paramètre, la caractéristique de transfert, définit la sensibilité du coupleur. La large plage indique qu'il s'agit d'un paramètre critique qui peut être trié.
  • Temps de montée/descente (t_r/t_f) :Typiquement 20μs et 25μs respectivement, dans des conditions de test spécifiques (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω). Ces valeurs déterminent la fréquence de commutation maximale du dispositif.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux courbes caractéristiques typiques de l'émetteur IR et du phototransistor. Bien que les graphiques exacts ne soient pas reproduits ici, leur signification est expliquée.

3.1 Courbes de l'émetteur IR

Ces courbes illustrent généralement la relation entre le courant direct (I_F) et la tension directe (V_F) à différentes températures, montrant le coefficient de température négatif de V_F. Elles peuvent également montrer l'intensité rayonnante relative en fonction du courant direct et le diagramme de rayonnement angulaire, ce qui est crucial pour comprendre la propagation du faisceau dans le boîtier à visée latérale.

3.2 Courbes du phototransistor

Ces courbes sont essentielles pour la conception de circuits. Elles incluent généralement :

• Courant du collecteur en fonction de la tension collecteur-émetteur (I_C-V_CE) :Famille de courbes pour différents niveaux d'éclairement énergétique (ou différents courants de LED IR). Cela montre les caractéristiques de sortie du transistor et aide à déterminer la ligne de charge.
• Courant du collecteur en fonction de l'éclairement énergétique (ou I_F) :Cette courbe de transfert quantifie la sensibilité, montrant combien de courant de sortie est généré pour un niveau de lumière d'entrée donné.
• Courant d'obscurité en fonction de la température :Montre comment le courant de fuite augmente avec la température, ce qui peut affecter le rapport signal/bruit dans des environnements à haute température.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

L'ITR20002 est fourni dans un boîtier traversant standard à visée latérale. Le dessin dimensionnel de la fiche technique fournit les mesures critiques pour la conception du PCB et l'intégration mécanique. Les caractéristiques clés incluent l'espacement des broches, les dimensions du corps du boîtier et l'emplacement de l'ouverture optique. La note spécifie que les tolérances sont de ±0,25mm sauf indication contraire sur le dessin coté.

4.2 Identification de la polarité

Pour les boîtiers traversants, la polarité est généralement indiquée par la forme physique du boîtier (un méplat ou une encoche) ou par la longueur des broches. Le dessin de la fiche technique doit clairement marquer l'anode et la cathode de la LED IR ainsi que le collecteur et l'émetteur du phototransistor. La polarité correcte est essentielle pour le fonctionnement du dispositif et pour éviter les dommages.

5. Guide d'application et de conception

5.1 Circuit d'application typique

Une application de base consiste à piloter la LED IR avec une résistance de limitation de courant connectée à une source de tension. Le phototransistor est généralement connecté dans une configuration à émetteur commun : le collecteur est tiré vers une tension d'alimentation via une résistance de charge (R_L), et l'émetteur est mis à la masse. Le signal de sortie est prélevé sur le collecteur. La valeur de R_Laffecte l'excursion de tension de sortie, la vitesse et la consommation de courant. Un R_Lplus petit permet une commutation plus rapide mais une excursion de tension plus petite ; un R_Lplus grand donne une excursion plus grande mais une réponse plus lente.

5.2 Considérations de conception

• Alignement :La conception à axe convergent côte à côte signifie que la zone de détection sensible se trouve dans l'écart entre l'émetteur et le détecteur. Un alignement mécanique précis du trajet de l'objet est nécessaire pour un fonctionnement fiable.
• Immunité à la lumière ambiante :Bien que le filtre 940nm dans le boîtier aide, des sources IR ambiantes fortes (soleil, ampoules à incandescence) peuvent saturer le phototransistor. L'utilisation d'un signal IR modulé et d'une détection synchrone peut grandement améliorer l'immunité.
• Commande de courant :Faites fonctionner la LED IR à ou en dessous du I_Frecommandé (par exemple, 20mA) pour une fiabilité à long terme. Pulsation de la LED à un courant plus élevé (dans les limites de I_FP) peut augmenter la portée de détection ou la force du signal.
• Interface de sortie :La sortie du phototransistor peut être envoyée directement sur une entrée numérique d'un microcontrôleur (avec une résistance de tirage appropriée) ou sur un comparateur pour une détection de seuil précise dans les applications analogiques.

6. Informations sur l'emballage et la commande

6.1 Spécification de l'étiquette

L'étiquette du produit contient plusieurs codes :

• CPN :Numéro de pièce du client.
• P/N :Numéro de produit du fabricant (ITR20002).
• QTY :Quantité dans l'emballage.
• CAT / HUE / REF :Ces codes font probablement référence à des codes de tri interne pour des paramètres comme l'intensité lumineuse (CAT), la longueur d'onde dominante (HUE) et la tension directe (REF).
• LOT No :Numéro de lot pour la traçabilité.

6.2 Spécification du conditionnement

Le conditionnement standard est de 150 pièces par sachet, 5 sachets par boîte et 10 boîtes par carton. Ces informations sont vitales pour la planification des stocks et l'alimentation des lignes de production.

7. Comparaison et positionnement technique

L'ITR20002 représente une solution classique et économique pour la détection d'objets. Ses principaux points de différenciation sont son facteur de forme mécanique spécifique à visée latérale et son axe optique convergent, conçus pour détecter des objets passant à travers une fente ou un écart spécifique. Comparé aux capteurs réfléchissants, il offre une fiabilité et une cohérence plus élevées car il dépend moins de la réflectivité de l'objet cible. Comparé aux capteurs transmissifs avec émetteur et détecteur opposés, il permet une conception mécanique plus compacte où l'objet interrompt le faisceau à l'intérieur d'un seul module. La longueur d'onde de 940nm est une norme courante, offrant un bon équilibre entre disponibilité des composants, coût et rejet de la lumière ambiante.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

8.1 Quelle est la distance ou l'écart de détection typique ?

La fiche technique spécifie la condition de test I_C(ON)comme "avec réflecteur à 5mm de distance." Cela suggère que le dispositif est optimisé pour une détection à très courte portée, probablement de l'ordre de quelques millimètres. L'écart utilisable réel dépend du courant de commande de la LED IR, de la sensibilité du circuit récepteur et de la marge de signal requise.

8.2 Comment protéger le dispositif contre les transitoires électriques ?

Pour la LED IR, une simple résistance en série est généralement suffisante. Pour le phototransistor fonctionnant dans des environnements bruyants, envisagez d'ajouter un petit condensateur (par exemple, 1-10nF) entre le collecteur et l'émetteur pour filtrer le bruit haute fréquence, en gardant à l'esprit que cela ralentira le temps de réponse. Pour les environnements industriels sévères, des diodes de clamp ou des diodes TVS externes supplémentaires peuvent être nécessaires sur les lignes d'entrée/sortie.

8.3 Puis-je l'utiliser pour la détection de vitesse sur un disque à fentes rotatif ?

Oui, c'est une application courante. La fréquence de commutation maximale sera limitée par les temps de montée/descente (typiquement ~20-25μs), ce qui permet théoriquement des fréquences allant jusqu'à environ 20 kHz. En pratique, la fréquence sera plus faible en raison des contraintes du circuit et du cycle de service. Assurez-vous que les fentes et les écarts sur le disque sont suffisamment larges pour permettre au phototransistor de s'allumer et de s'éteindre complètement.

9. Principe de fonctionnement

L'ITR20002 fonctionne sur le principe de l'interruption de la lumière transmise. La diode électroluminescente infrarouge interne (IRED) est polarisée en direct, ce qui lui fait émettre de la lumière à une longueur d'onde de crête de 940nm. Le phototransistor au silicium NPN, positionné sur un axe convergent, reçoit normalement ce rayonnement lorsque rien n'obstrue le chemin. Les photons avec suffisamment d'énergie frappent la région de base du phototransistor, générant des paires électron-trou. Ce photocourant agit comme un courant de base, qui est ensuite amplifié par le gain en courant (bêta) du transistor, résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important. Lorsqu'un objet opaque est placé dans l'écart entre l'émetteur et le détecteur, le trajet lumineux est interrompu. Le photocourant cesse et le transistor s'éteint, provoquant la chute du courant de collecteur à une valeur très faible (le courant d'obscurité). Ce changement marche/arrêt du courant de collecteur fournit un signal numérique indiquant la présence ou l'absence d'un objet.

10. Clause de non-responsabilité et notes sur la fiabilité

Les informations fournies dans ce document technique sont basées sur la fiche technique originale. Les principales clauses de non-responsabilité et notes du fabricant incluent :

• Les spécifications et les matériaux sont susceptibles d'être modifiés.
• Le produit répond aux spécifications publiées pendant 12 mois à compter de la date d'expédition.
• Les graphiques et valeurs typiques sont fournis à titre indicatif uniquement et ne sont pas garantis.
• Un fonctionnement en dehors des valeurs maximales absolues peut causer des dommages permanents.
• Le produit n'est pas destiné aux applications critiques pour la sécurité, militaires, aéronautiques, automobiles, médicales ou de maintien de la vie sans autorisation explicite.

Il est de la responsabilité du concepteur de valider l'adéquation et les performances du dispositif dans son application spécifique.