ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي PD204-6B - قطر 3 مم - جهد عكسي 32 فولت - حساسية ذروة 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

الصمام الثنائي الضوئي PD204-6B هو صمام ثنائي ضوئي من السيليكون عالي الأداء من نوع PIN، مصمم للتطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة وحساسية عالية للضوء في الطيف المرئي وقريب من تحت الأحمر. مغلف بغلاف بلاستيكي أسود قياسي بقطر 3 مم، تم تصميم هذا الجهاز لتوفير قدرات استشعار ضوئي موثوقة. تمت مطابقة استجابته الطيفية خصيصًا لتكمل الثنائيات الباعثة للضوء المرئي وتحت الأحمر (IREDs)، مما يجعله مكون مستقبل مثالي في الأنظمة الكهروضوئية. تم تصنيع الجهاز من مواد خالية من الرصاص ويتوافق مع اللوائح البيئية ذات الصلة، مما يضمن ملاءمته للتصنيع الإلكتروني الحديث.

2. الميزات الرئيسية والمزايا الأساسية

يتميز الصمام الثنائي الضوئي PD204-6B بعدة خصائص أداء حرجة تلبي احتياجات تطبيقات الاستشعار المتطلبة.

• وقت استجابة سريع:يظهر الجهاز وقت صعود/هبوط نموذجي يبلغ 6 نانوثانية (تحت ظروف الاختبار المحددة لجهد عكسي 10 فولت ومقاومة حمل 100 أوم)، مما يمكنه من اكتشاف التغيرات السريعة في شدة الضوء. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتضمن نقل البيانات، وكشف الأجسام، والقياسات الحساسة للوقت.
• حساسية ضوئية عالية:مع تيار دائرة قصر نموذجي (I_SC) بقيمة 3.0 ميكروأمبير تحت إشعاع بقوة 1 ملي واط/سم² عند الطول الموجي 940 نانومتر، يوفر الصمام الثنائي الضوئي إشارة كهربائية قوية من مستويات إضاءة منخفضة، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء وموثوقية النظام.
• سعة تقاطع صغيرة:سعة كلية منخفضة نموذجية (C_t) بقيمة 5 بيكوفاراد عند جهد عكسي 5 فولت وتردد 1 ميجاهرتز تساهم في وقت الاستجابة السريع وتسمح بالعمل في دوائر ذات نطاق ترددي أعلى دون تدهور كبير في الإشارة.
• بناء قوي:يتميز الجهاز بعدسة سوداء، مما يساعد على تقليل التداخل غير المرغوب فيه من الضوء المحيط، وهو مغلف بتنسيق قياسي صناعي متين بقطر 3 مم.
• الامتثال البيئي:المنتج خالي من الرصاص ومصمم للبقاء متوافقًا مع لوائح RoHS و EU REACH، معالجةً للمعايير البيئية والسلامة العالمية.

3. تحليل متعمق للمعايير التقنية

فهم المواصفات الكهربائية والضوئية أمر ضروري لتصميم وتكامل الدوائر بشكل صحيح.

3.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يجب دائمًا الحفاظ على التشغيل ضمن هذه الحدود.

• الجهد العكسي (V_R):32 فولت. هذا هو أقصى جهد يمكن تطبيقه في انحياز عكسي عبر أطراف الصمام الثنائي الضوئي.
• تبديد الطاقة (P_C):150 ملي واط عند أو أقل من درجة حرارة هواء حر 25°م. تقل هذه القيمة مع زيادة درجة حرارة المحيط، كما هو موضح في منحنى تخفيض التصنيف.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -40°م إلى +85°م. تم تحديد الجهاز ليعمل بشكل صحيح عبر هذا النطاق الواسع لدرجات الحرارة الصناعية.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°م إلى +100°م.
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260°م. يوجه هذا معلمات عملية لحام إعادة التدفق.

3.2 الخصائص الكهروضوئية (درجة حرارة المحيط = 25°م)

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية. تمثل القيم النموذجية مركز التوزيع، بينما تحدد القيم الدنيا والقصوى الحدود المضمونة.

• الاستجابة الطيفية:الصمام الثنائي الضوئي حساس عبر نطاق يتراوح تقريبًا من 840 نانومتر إلى 1100 نانومتر (عند نقاط الاستجابة النسبية 0.5)، مع ذروة حساسية (λ_P) عند 940 نانومتر. هذا يجعله مناسبًا تمامًا للاقتران مع مصابيح LED تحت الحمراء 940 نانومتر.
• توليد التيار الضوئي:
  • تيار الدائرة القصيرة (I_SC):نموذجي 3.0 ميكروأمبير عند E_e=1 ملي واط/سم²، λ_p=940 نانومتر. هذا هو التيار الناتج بجهد صفري عبر الصمام الثنائي (وضع الخلايا الكهروضوئية).
  • تيار الضوء العكسي (I_L):الحد الأدنى 1.0 ميكروأمبير، نموذجي 3.0 ميكروأمبير عند E_e=1 ملي واط/سم²، λ_p=940 نانومتر، V_R=5 فولت. هذا هو التيار عندما يكون الصمام الثنائي في انحياز عكسي، وهو وضع التشغيل الأكثر شيوعًا للسرعة والخطية.
• تيار الظلام (I_D):الحد الأقصى 10 نانوأمبير عند V_R=10 فولت، E_e=0 ملي واط/سم². هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند عدم وجود ضوء. التيار المظلم المنخفض أمر بالغ الأهمية لاكتشاف إشارات الضوء الضعيفة.
• جهد الدائرة المفتوحة (V_OC):نموذجي 0.42 فولت عند E_e=1 ملي واط/سم²، λ_p=940 نانومتر. هذا هو الجهد الناتج عبر دائرة مفتوحة تحت الإضاءة.
• السعة (C_t):نموذجي 5 بيكوفاراد عند V_R=5 فولت، تردد=1 ميجاهرتز. تؤثر سعة التقاطع هذه على ثابت الوقت RC وبالتالي على عرض النطاق الترددي لدائرة الاستشعار.
• سرعة الاستجابة (t_r/t_f):نموذجي 6 نانوثانية عند V_R=10 فولت، R_L=100 أوم. يحدد مدى سرعة تتبع تيار الخرج لتغير ضوء الدخل.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة ثاقبة حول كيفية تغير المعلمات مع ظروف التشغيل.

4.1 تبديد الطاقة مقابل درجة حرارة المحيط

يظهر منحنى تخفيض التصنيف أن أقصى تبديد طاقة مسموح به يتناقص خطيًا مع ارتفاع درجة حرارة المحيط فوق 25°م. يجب على المصممين التأكد من أن نقطة التشغيل (الجهد العكسي * التيار الضوئي + تيار الظلام) لا تتجاوز هذا المنحنى لمنع التحميل الحراري الزائد.

4.2 الحساسية الطيفية

يوضح منحنى الاستجابة الطيفية الحساسية النسبية للصمام الثنائي الضوئي كدالة للطول الموجي. يؤكد الذروة عند 940 نانومتر وعرض النطاق الترددي المفيد من حوالي 840 نانومتر إلى 1100 نانومتر. تشكل مادة العدسة السوداء هذه الاستجابة، مرشحةً بعض الأطوال الموجية الأقصر.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

يستخدم PD204-6B غلافًا قياسيًا بأطراف شعاعية بقطر 3 مم.

5.1 أبعاد الغلاف

يوفر الرسم البعدي القياسات الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة والتكامل الميكانيكي. تشمل الأبعاد الرئيسية القطر الكلي (3 مم)، وتباعد الأطراف، وقطر الأطراف، وارتفاع المكون. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.25 مم. يتم تحديد الكاثود عادةً بطرف أطول أو بقعة مسطحة على حافة الغلاف.

5.2 تحديد قطبية الأطراف

القطبية الصحيحة ضرورية. الجهاز هو صمام ثنائي. الأنود هو عادة الطرف الأقصر أو الطرف المجاور للجانب المسطح من الغلاف. تطبيق انحياز عكسي (جهد موجب للكاثود، سالب للأنود) هو حالة التشغيل القياسية لوضع التوصيل الضوئي.

6. إرشادات اللحام والتركيب

• لحام إعادة التدفق:يتم تحديد أقصى درجة حرارة للحام بـ 260°م. ملفات تعريف إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري للتجميعات الخالية من الرصاص قابلة للتطبيق. يجب التحكم في الوقت فوق نقطة الانصهار وفقًا للمعايير الصناعية لمنع تلف الغلاف.
• اللحام اليدوي:إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فاستخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة. قلل وقت التلامس إلى أقل من 3 ثوانٍ لكل طرف عند درجة حرارة لا تتجاوز 350°م لتجنب الإجهاد الحراري على الغلاف البلاستيكي والرقاقة شبه الموصلة الداخلية.
• التنظيف:استخدم عوامل تنظيف متوافقة مع مادة الإيبوكسي البلاستيكية السوداء. تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية ما لم يتم التحقق من أنها آمنة للمكون.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة وخاملة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -40°م إلى +100°م. استخدم خلال 12 شهرًا من تاريخ الشحن لضمان الامتثال للمواصفات المنشورة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة المنتج في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة. الكمية القياسية للتعبئة هي من 200 إلى 1000 قطعة لكل كيس. يتم تعبئة أربعة أكياس في صندوق داخلي واحد، ويتم شحن صندوق داخلي واحد في صندوق خارجي واحد.

7.2 معلومات الملصق

يحتوي ملصق الكيس على معلومات التتبع الأساسية ومعلومات المنتج، بما في ذلك رقم الجزء (P/N)، والكمية (QTY)، ورقم الدفعة (LOT No.)، ورمز التاريخ. لا يتم فرز المنتج أو تصنيفه لمعايير محددة مثل شدة الإضاءة أو الطول الموجي؛ يتم توريده وفقًا لجدول الخصائص الكهروضوئية القياسي.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يستخدم PD204-6B بشكل شائع في تكوينين رئيسيين للدوائر:

1. وضع التوصيل الضوئي (الانحياز العكسي):هذا هو الوضع المفضل للتشغيل عالي السرعة والخطي. يتم تطبيق جهد انحياز عكسي (مثل 5 فولت إلى 10 فولت، مع البقاء أقل من V_R=32 فولت). يتدفق التيار الضوئي (I_L) عبر مقاوم حمل (R_L). انخفاض الجهد عبر R_Lهو إشارة الخرج. مقاومة حمل أصغر R_Lتعطي استجابة أسرع ولكن جهد خرج أقل. غالبًا ما يتم استخدام مضخم مقاومة النقل (TIA) لتحويل التيار الضوئي إلى جهد بكسب وعرض نطاق ترددي عالي.
2. وضع الخلايا الكهروضوئية (انحياز صفري):يتم توصيل الصمام الثنائي الضوئي مباشرة بحمل عالي المعاوقة (مثل دخل مضخم عملياتي). يولد جهدًا (V_OC) يتناسب مع شدة الضوء. يوفر هذا الوضع ضوضاء منخفضة ولكنه يتمتع باستجابة أبطأ وأقل خطية.

8.2 اعتبارات التصميم

• الانحياز:للحصول على أفضل سرعة وخطية، قم بالتشغيل في انحياز عكسي. تأكد من أن جهد الانحياز بالإضافة إلى أي جهد إشارة لا يتجاوز الحد الأقصى 32 فولت.
• عرض النطاق الترددي والحمل:تشكل السعة الكلية (الصمام الثنائي الضوئي + دخل المضخم) ومقاومة الحمل القطب المهيمن المحدد لعرض النطاق الترددي (عرض النطاق الترددي ≈ 1/(2πRC)). اختر R_Lأو مقاوم التغذية الراجعة لمضخم مقاومة النقل وفقًا لذلك.
• رفض الضوء المحيط:تساعد العدسة السوداء، ولكن في بيئات الضوء المحيط العالي، فكر في الترشيح الضوئي (مثل مرشح نطاق تمرير 940 نانومتر) وتعديل مصدر الأشعة تحت الحمراء مع كشف متزامن.
• تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة:اجعل الصمام الثنائي الضوئي قريبًا من دخل المضخم لتقليل السعة الطفيلية والتقاط الضوضاء. استخدم مستوى أرضي للتحصين. تجاوز مصدر الانحياز بمكثف قريب من الجهاز.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بالترانزستورات الضوئية، يقدم الصمام الثنائي الضوئي PIN من نوع PD204-6B أوقات استجابة أسرع بكثير (نانوثانية مقابل ميكروثانية) وخطية أفضل عبر نطاق واسع من شدة الضوء. ليس لديه كسب داخلي، مما يؤدي إلى تيار خرج أقل ولكن أيضًا اعتماد أقل على درجة الحرارة وأداء أكثر قابلية للتنبؤ. مقارنةً بالصمامات الثنائية الضوئية الأخرى، فإن مزيجه من غلاف 3 مم، وحساسية الذروة 940 نانومتر، وجهد عكسي 32 فولت، والسرعة العالية يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للاستشعار العام بالأشعة تحت الحمراء.

10. الأسئلة الشائعة

س: ما الفرق بين I_SCو I_L?

؟ ج: يتم قياس I_SC(تيار الدائرة القصيرة) بجهد صفري عبر الصمام الثنائي. يتم قياس I_L(تيار الضوء العكسي) مع تطبيق جهد انحياز عكسي محدد. تكون I_Lعادةً قريبة جدًا من I_SCوهي المعلمة المستخدمة في التصميم في وضع الانحياز العكسي الشائع.

س: كيف أحول التيار الضوئي إلى جهد قابل للاستخدام؟

ج: أبسط طريقة هي مقاوم حمل (V_out= I_L* R_L). للحصول على أداء أفضل، استخدم مضخم مقاومة النقل، والذي يوفر أرضًا افتراضية منخفضة المعاوقة عند كاثود الصمام الثنائي الضوئي، مما يزيد السرعة والخطية إلى أقصى حد، ويعطي V_out= -I_L* R_feedback.

س: هل يمكنني استخدام هذا مع مصدر ضوء مرئي؟

ج: نعم، ولكن بحساسية مخفضة. يظهر منحنى الاستجابة الطيفية أنه حساس حتى الأطوال الموجية المرئية، ولكن ذروته في الأشعة تحت الحمراء. للحصول على أداء مثالي مع مصدر مرئي، سيكون الصمام الثنائي الضوئي ذو الذروة في الطيف المرئي (مثل 550-650 نانومتر) أكثر ملاءمة.

س: ما هو الغرض من اختبار جهد الانهيار العكسي (V_BR)؟

ج: إنه اختبار جودة ومتانة، يشير إلى الجهد الذي يدخل فيه الصمام الثنائي في حالة الانهيار الثلجي. يجب أن يكون التشغيل العادي دائمًا أقل بكثير من هذه القيمة (عادةً باستخدام V_Rمن 5 فولت-10 فولت).

11. أمثلة تطبيقية عملية

المثال 1: مستشعر قرب الأجسام في باب أوتوماتيكي.يتم وضع مصباح LED تحت الأحمر (940 نانومتر) و PD204-6B على جانبي المدخل. عندما يكون الشعاع غير متقطع، يتم اكتشاف تيار ضوئي ثابت. عندما يعترض شخص الشعاع، يؤدي انخفاض التيار الضوئي إلى تشغيل آلية فتح الباب. تضمن الاستجابة السريعة لـ PD204-6B الكشف الفوري.

المثال 2: كشف الورق في آلة تصوير.يمكن استخدام الصمام الثنائي الضوئي للكشف عن وجود أو عدم وجود ورق عن طريق عكس شعاع تحت الأحمر عن سطح الورق. تسمح الحساسية العالية له بالعمل مع الأوراق ذات الانعكاسية المنخفضة، ويسمح الغلاف الصغير بالتركيب في مساحات ضيقة.

المثال 3: رابط بيانات بسيط.عن طريق تعديل مصباح LED تحت الأحمر بتردد ضمن عرض النطاق الترددي للصمام الثنائي الضوئي (والذي يمكن أن يكون عدة ميجاهرتز مع تصميم دائرة مناسب)، يمكن استخدام PD204-6B للاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى ومنخفضة معدل البيانات، كما في أجهزة التحكم عن بعد أو قياس عن بعد المستشعرات.

12. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الضوئي PIN هو جهاز شبه موصل به منطقة جوهرية (I) عريضة ومشوبة بشكل خفيف محصورة بين مناطق من النوع P والنوع N. عندما يتم امتصاص الفوتونات ذات الطاقة الأكبر من فجوة النطاق للشبه الموصل في المنطقة الجوهرية، فإنها تخلق أزواج إلكترون-فجوة. تحت تأثير جهد داخلي مدمج (في وضع الخلايا الكهروضوئية) أو مجال كهربائي انحياز عكسي مطبق (في وضع التوصيل الضوئي)، يتم فصل حاملات الشحنة هذه، مما يولد تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تقلل المنطقة الجوهرية العريضة من سعة التقاطع (ممكنة السرعة العالية) وتزيد من حجم امتصاص الفوتونات (محسنة الحساسية).

13. اتجاهات الصناعة والسياق

تعد الصمامات الثنائية الضوئية مثل PD204-6B مكونات أساسية في المجال المتزايد للكهروضوئيات والاستشعار. تشمل الاتجاهات زيادة التكامل مع التضخيم وتكييف الإشارة على الرقاقة (على سبيل المثال، في أجهزة الاستشعار الضوئية المتكاملة)، والطلب على سرعات أعلى لدعم LiDAR والاتصالات الضوئية، ومتطلبات أحجام عبوات أصغر للإلكترونيات الاستهلاكية وأجهزة إنترنت الأشياء. هناك أيضًا دفع مستمر لتحسين الأداء عبر نطاقات أوسع لدرجات الحرارة واستهلاك طاقة أقل. تظل الأجهزة ذات البصمات القياسية والأداء المميز جيدًا، مثل هذا الجهاز، ضرورية لمجموعة واسعة من تطبيقات الاستشعار الصناعية والتجارية والسيارات حيث تكون الموثوقية والفعالية من حيث التكلفة في المقام الأول.

إخلاء المسؤولية: المعلومات الواردة في هذه الوثيقة هي للرجوع التقني. يجب على المصممين التحقق من جميع المعلمات تحت ظروف تطبيقهم المحددة. يجب عدم تجاوز القيم القصوى المطلقة. لا يتحمل الشركة المصنعة أي مسؤولية عن التطبيقات غير المتوافقة مع المواصفات المقدمة.