ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي PD333-3B/L2 - قطر 5 مم - جهد عكسي 32 فولت - تبديد طاقة 150 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

الصمام الثنائي الضوئي PD333-3B/L2 هو صمام ثنائي ضوئي من السيليكون PIN عالي السرعة والحساسية، مُحاط بغلاف بلاستيكي قياسي بقطر 5 مم. وظيفته الأساسية هي تحويل الضوء، وخاصة في طيف الأشعة تحت الحمراء، إلى تيار كهربائي. يتميز الجهاز بعدسة إيبوكسي سوداء، تعزز حساسيته للإشعاع تحت الأحمر مع توفير درجة من تصفية الضوء المحيط. تم تصميم هذا المكون للتطبيقات التي تتطلب أوقات استجابة سريعة وأداء موثوق في ظروف بيئية متنوعة.

المزايا الأساسية:تشمل نقاط القوة الرئيسية لهذا الصمام الثنائي الضوئي وقت استجابته السريع، وحساسيته الضوئية العالية، وسعة الوصلة الصغيرة. تجعل هذه الخصائصه مناسبًا لاكتشاف التغيرات السريعة في شدة الضوء. الجهاز متوافق أيضًا مع لوائح RoHS و EU REACH، مما يشير إلى استخدام مواد خالية من الرصاص والالتزام بمعايير السلامة البيئية.

السوق المستهدف:يستهدف هذا الصمام الثنائي الضوئي صناعة الإلكترونيات، تحديدًا للاستخدام في أنظمة الأمان، وروابط الاتصالات الضوئية عالية السرعة، وأنظمة قياس الضوء في الكاميرات، والتطبيقات الكهروضوئية الأخرى التي تتطلب كشفًا دقيقًا وسريعًا للضوء.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• الجهد العكسي (VR):32 فولت. هذا هو أقصى جهد انحياز عكسي يمكن تطبيقه عبر أطراف الصمام الثنائي الضوئي.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -25°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الطبيعي للجهاز.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):260°C. درجة الحرارة القصوى التي يمكن للجهاز تحملها أثناء عملية اللحام، عادةً لفترة قصيرة (مثل 10 ثوانٍ).
• تبديد الطاقة (Pc):150 ميغاواط عند درجة حرارة هواء حر 25°C أو أقل. أقصى طاقة يمكن للجهاز تبديدها بأمان.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25°C وتحدد أداء الجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة.

• عرض النطاق الطيفي (λ0.5):من 840 نانومتر إلى 1100 نانومتر. هذا هو نطاق الطول الموجي حيث تكون استجابة الصمام الثنائي الضوئي على الأقل نصف قيمته القصوى. يشير إلى الحساسية بشكل أساسي في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة.
• طول موجة الحساسية القصوى (λP):940 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي للضوء الذي يكون فيه الصمام الثنائي الضوئي أكثر حساسية.
• الجهد الدائرة المفتوحة (VOC):0.39 فولت (نموذجي). الجهد المتولد عبر أطراف الصمام الثنائي الضوئي تحت الإضاءة (Ee=1mW/cm² عند λp=940nm) عندما لا يكون هناك حمل خارجي متصل (دائرة مفتوحة).
• تيار الدائرة القصيرة (ISC):35 ميكرو أمبير (نموذجي). التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي الضوئي تحت نفس الإضاءة عندما تكون الأطراف موصلة معًا (مقفلة).
• تيار الضوء العكسي (IL):35 ميكرو أمبير (نموذجي، الحد الأدنى 25 ميكرو أمبير). التيار الذي يتدفق عندما يكون الصمام الثنائي الضوئي في حالة انحياز عكسي (VR=5V) ومضاء. هذه معلمة رئيسية لدوائر الكشف الضوئي.
• تيار الظلام العكسي (ID):5 نانو أمبير (نموذجي، الحد الأقصى 30 نانو أمبير). تيار التسرب الصغير الذي يتدفق تحت الانحياز العكسي (VR=10V) في ظلام تام. القيم الأقل هي بشكل عام أفضل لنسبة الإشارة إلى الضوضاء.
• جهد الانهيار العكسي (VBR):الحد الأدنى 32 فولت، نموذجي 170 فولت. الجهد العكسي الذي يبدأ عنده الصمام الثنائي بالتوصيل بشدة (الانهيار). تتوافق التصنيف الدنيا مع التصنيف الأقصى المطلق.
• السعة الكلية (Ct):18 بيكو فاراد (نموذجي). سعة الوصلة عند VR=5V و f=1MHz. تساهم السعة الأقل في وقت استجابة أسرع.
• زمن الصعود / زمن الهبوط (tr / tf):45 نانو ثانية (نموذجي). الوقت المطلوب لإشارة الخرج للصعود من 10% إلى 90% (أو الهبوط من 90% إلى 10%) من قيمته النهائية استجابةً لتغير مفاجئ في شدة الضوء، مقاسًا بـ VR=10V و RL=100Ω.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح كيف تختلف المعلمات الرئيسية مع ظروف التشغيل. هذه المنحنيات أساسية لتصميم الدوائر.

3.1 تبديد الطاقة مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى أقصى تبديد طاقة مسموح به يتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25°C. يجب على المصممين تخفيض قدرة التعامل مع الطاقة في البيئات عالية الحرارة لمنع التلف الحراري.

3.2 الحساسية الطيفية

يرسم هذا الرسم البياني الاستجابة الطبيعية للصمام الثنائي الضوئي مقابل الطول الموجي. يؤكد بصريًا على الحساسية القصوى عند 940 نانومتر وعرض النطاق الطيفي من حوالي 840 نانومتر إلى 1100 نانومتر، مما يبرز ملاءمته لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء.

3.3 التيار المظلم العكسي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يزداد تيار الظلام بشكل أسي مع درجة الحرارة. هذا المنحنى حاسم للتطبيقات العاملة في درجات حرارة مرتفعة، حيث أن زيادة تيار الظلام ترفع مستوى الضوضاء الأساسي لنظام الكشف.

3.4 التيار الضوئي العكسي مقابل الإشعاعية (Ee)

يوضح هذا الرسم العلاقة الخطية بين التيار الضوئي المتولد (IL) وكثافة طاقة الضوء الساقط (الإشعاعية) على مدى محدد. يؤكد الاستجابة الضوئية الخطية للجهاز، وهو أمر حيوي للقياس الدقيق للضوء.

3.5 السعة الطرفية مقابل الجهد العكسي

تنخفض سعة الوصلة (Ct) مع زيادة جهد الانحياز العكسي (VR). يسمح هذا المنحنى للمصممين باختيار جهد انحياز تشغيلي يحقق التوازن الأمثل بين سرعة الاستجابة (سعة أقل عند VR أعلى) واستهلاك الطاقة/الضوضاء.

3.6 زمن الاستجابة مقابل مقاومة الحمل

يُظهر هذا الرسم البياني كيف يختلف زمن الصعود/الهبوط (tr/tf) مع مقاومة الحمل (RL) في دائرة الكشف. يتم تحقيق أوقات استجابة أسرع بمقاومات حمل أصغر، ولكن هذا يقلل أيضًا من تأرجح جهد الخرج. يساعد المنحنى في اختيار RL لعرض نطاق ترددي مطلوب.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 أبعاد الغلاف

الجهاز في غلاف بلاستيكي بقطر 5 مم مع أطراف شعاعية. يحدد الرسم البياني الأبعاد قطر الجسم، وتباعد الأطراف، وقطر الأطراف، والأبعاد الكلية. تشير ملاحظة إلى وجود تسامحات قياسية تبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك على الرسم. يتم تحديد الكاثود عادةً بطرف أطول أو بقعة مسطحة على حافة الغلاف.

4.2 تحديد القطبية

الأنود متصل بالطرف الأقصر، بينما الكاثود متصل بالطرف الأطول. قد يكون للغلاف أيضًا جانب مسطح بالقرب من طرف الكاثود. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

التصنيف الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260°C. هذا متوافق مع ملفات اللحام بإعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (مثل IPC/JEDEC J-STD-020). لا يجب تعريض الجهاز لهذه الحرارة لفترة طويلة؛ مدة ذروة درجة حرارة إعادة التدفق النموذجية هي 20-40 ثانية. اللحام اليدوي بمكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مقبول أيضًا، بشرط عدم تجاوز حد 260°C عند الطرف. يجب أن يكون التخزين في بيئة محيطة جافة ضمن نطاق Tstg المحدد من -40°C إلى +100°C لمنع امتصاص الرطوبة والتدهور الآخر.

6. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي 200-500 قطعة لكل كيس، 5 أكياس لكل صندوق، و10 صناديق لكل كرتون. يتضمن الملصق على العبوة حقولًا لرقم منتج العميل (CPN)، ورقم المنتج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورقم الدفعة (LOT No). الحقول الأخرى مثل CAT (رتبة شدة الإضاءة)، وHUE (رتبة الطول الموجي السائد)، وREF (رتبة الجهد الأمامي) مذكورة ولكنها أكثر شيوعًا لمصابيح LED؛ بالنسبة لهذا الصمام الثنائي الضوئي، قد لا تُستخدم بنشاط للفرز. يتبع رقم المنتج PD333-3B/L2 اصطلاح التسمية الداخلي للشركة المصنعة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الكشف الضوئي عالي السرعة:يُستخدم في روابط البيانات الضوئية، وماسحات الباركود، ومقاييس المسافة بالليزر حيث يكون وقت الاستجابة 45ns مفيدًا.
• أنظمة الأمان:مدمج في مستشعرات الحركة بالأشعة تحت الحمراء السلبية (PIR)، ومستشعرات كسر الحزمة، وستائر الضوء.
• أنظمة الكاميرا:يُستخدم للتحكم التلقائي في التعريض، ومراقبة الفلاش، وكشف تصفية الأشعة تحت الحمراء.
• الاستشعار الصناعي:كشف الأجسام، واستشعار الحواف، وقياس العتامة في المعدات الآلية.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة الانحياز:لأسرع استجابة، شغل الصمام الثنائي الضوئي في وضع الانحياز العكسي (التوصيل الضوئي). يُستخدم مضخم المعاوقة العابرة (TIA) بشكل شائع لتحويل التيار الضوئي إلى إشارة جهد.
• تقليل الضوضاء:احمِ الجهاز والدائرة من الضوضاء الكهربائية. استخدم مضخم عمليات منخفض الضوضاء لـ TIA وفكر في التصفية للتخفيف من آثار تيار الظلام، خاصة في درجات الحرارة العالية.
• الاعتبارات البصرية:ينقل الإيبوكسي الأسود الأشعة تحت الحمراء. لتصفية أطوال موجية محددة، قد تكون هناك حاجة إلى مرشح بصري خارجي إضافي. تأكد من نظافة الفتحة البصرية ومحاذاتها بشكل صحيح.
• اختيار مقاومة الحمل:اختر RL بناءً على عرض النطاق الترددي المطلوب (انظر منحنى زمن الاستجابة مقابل مقاومة الحمل) ومستوى جهد الخرج المطلوب (Vout = IL * RL).

8. المقارنة التقنية

مقارنةً بالصمامات الثنائية الضوئية القياسية أو الترانزستورات الضوئية، يقدم PD333-3B/L2 مزيجًا متوازنًا من السرعة والحساسية. يوفر هيكله PIN منطقة استنزاف أوسع من الصمام الثنائي الضوئي PN القياسي، مما يؤدي إلى سعة وصلة أقل (18 بيكو فاراد نموذجي) لاستجابة أسرع وكفاءة كمومية أعلى في طيف الأشعة تحت الحمراء. يوفر الغلاف 5 مم مساحة نشطة أكبر من الصمامات الثنائية الضوئية SMD الأصغر، مما يجمع المزيد من الضوء لإخراج إشارة أعلى، مما يمكن أن يكون مفيدًا في سيناريوهات الكشف ذات الإضاءة المنخفضة أو المدى الأطول.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما الفرق بين تيار الدائرة القصيرة (ISC) وتيار الضوء العكسي (IL)؟

ج: يتم قياس ISC بجهد انحياز صفري (الأطراف مقفلة)، بينما يتم قياس IL تحت انحياز عكسي مطبق (مثل 5 فولت). يكون IL عادةً قريبًا جدًا من ISC للصمام الثنائي الضوئي PIN وهو المعلمة المستخدمة في معظم دوائر الكشف ذات الانحياز.

س: هل يمكنني استخدام هذا الصمام الثنائي الضوئي للكشف عن الضوء المرئي؟

ج: بينما لديه بعض الحساسية في الطيف الأحمر المرئي (حوالي 700 نانومتر)، فإن ذروته عند 940 نانومتر (الأشعة تحت الحمراء). للحصول على أفضل أداء مع الضوء المرئي، سيكون الصمام الثنائي الضوئي ذو الحساسية القصوى في النطاق المرئي (مثل 550-650 نانومتر) أكثر ملاءمة.

س: كيف أحول التيار الضوئي (IL) إلى جهد قابل للاستخدام؟

ج: الطريقة الأكثر شيوعًا هي استخدام مضخم المعاوقة العابرة (TIA). جهد الخرج هو Vout = -IL * Rf، حيث Rf هو مقاوم التغذية الراجعة لـ TIA. يحافظ هذا التكوين أيضًا على الصمام الثنائي الضوئي في حالة دائرة قصيرة افتراضية، مما يقلل من آثار سعة الوصلة.

س: ماذا يعني تعيين "خالي من الرصاص" و"متوافق مع RoHS"؟

ج: يشير إلى أن المنتج مُصنع دون استخدام الرصاص (Pb) ويتوافق مع توجيه الاتحاد الأوروبي لتقييد المواد الخطرة، الذي يقيد مواد خطرة محددة في المعدات الكهربائية والإلكترونية.

10. حالة استخدام عملية

تصميم مستشعر قرب بالأشعة تحت الحمراء:يمكن إقران PD333-3B/L2 مع صمام ثنائي باعث للضوء (LED) يعمل بالأشعة تحت الحمراء بطول 940 نانومتر لإنشاء مستشعر قرب أو كشف أجسام بسيط. يتم تشغيل LED بنبضات بتردد محدد. يكتشف الصمام الثنائي الضوئي الضوء تحت الأحمر المنعكس. يمكن لدائرة تتميز بالصمام الثنائي الضوئي في وضع الانحياز العكسي، يليها TIA ومرشح تمرير نطاق مضبوط على تردد نبض LED، استخراج الإشارة المنعكسة الضعيفة من ضوضاء الضوء المحيط بشكل فعال. يسمح وقت الاستجابة 45ns بالتعديل عالي التردد، مما يحسن مناعة الضوضاء ويمكن من دورات كشف أسرع.

11. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الضوئي PIN هو جهاز أشباه موصلات به منطقة جوهرية (I) محصورة بين مناطق من النوع P والنوع N. عندما تصطدم فوتونات ذات طاقة أكبر من فجوة النطاق لأشباه الموصلات بالجهاز، فإنها تولد أزواج إلكترون-فجوة في المنطقة الجوهرية. تحت الانحياز العكسي، يجتاح المجال الكهربائي عبر المنطقة الجوهرية حاملات الشحن هذه نحو الأطراف المقابلة، مولدة تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تقلل المنطقة الجوهرية الواسعة من سعة الوصلة (ممكنة استجابة أسرع) وتزيد من حجم امتصاص الفوتون (تحسين الحساسية)، خاصة للأطوال الموجية الأطول مثل الأشعة تحت الحمراء.

12. اتجاهات الصناعة

يستمر الطلب على الصمامات الثنائية الضوئية في النمو في مجالات مثل الأتمتة الصناعية، وليدار السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية (مثل مستشعرات القرب في الهواتف الذكية)، والاستشعار الطبي الحيوي. تشمل الاتجاهات المزيد من التصغير إلى أغلفة بحجم الشريحة (CSP)، والتكامل مع دوائر التضخيم ومعالجة الإشارات على الشريحة، وتطوير صمامات ثنائية ضوئية لنطاقات أطوال موجية محددة (مثل لاستشعار الغاز). هناك أيضًا تركيز على تحسين مقاييس الأداء مثل تيار الظلام الأقل، والسرعة الأعلى، والموثوقية المحسنة تحت الظروف البيئية القاسية. يمثل PD333-3B/L2 مكونًا ناضجًا وموثوقًا في هذا المشهد المتطور، مناسبًا تمامًا للتطبيقات عالية الحجم والحساسة للتكلفة التي تتطلب كشفًا قويًا للأشعة تحت الحمراء.