ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي من نوع السيليكون PIN مقاس 5 مم PD333-3C/H0/L811 - قطر 5 مم - جهد عكسي 35 فولت - عدسة شفافة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

الصمام الثنائي الضوئي PD333-3C/H0/L811 هو صمام ثنائي ضوئي من السيليكون PIN عالي السرعة والحساسية، مُغلف في عبوة بلاستيكية قياسية قطرها 5 مم. يستخدم الجهاز عدسة إيبوكسي شفافة تمامًا، مما يجعله حساسًا لمجموعة واسعة من الإشعاعات، بما في ذلك الضوء المرئي والأطوال الموجية تحت الحمراء. يركز تصميمه الأساسي على تحقيق أوقات استجابة سريعة وحساسية ضوئية عالية مع الحفاظ على سعة تقاطع صغيرة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب كشفًا دقيقًا وسريعًا للضوء.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون امتثاله للمعايير البيئية والسلامة الحديثة. إنه منتج خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع لائحة الاتحاد الأوروبي REACH، ويلبي متطلبات الخلو من الهالوجين، حيث يكون محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما ومجموعهما أقل من 1500 جزء في المليون. تم تصميم المنتج نفسه ليبقى ضمن مواصفات متوافقة مع RoHS.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل بشكل موثوق ضمن الحدود المحددة. قد يؤدي تجاوز هذه التقييمات إلى تلف دائم.

• الجهد العكسي (V_R):35 فولت - أقصى جهد انحياز عكسي يمكن تطبيقه عبر الصمام الثنائي الضوئي.
• تبديد الطاقة (P_d):150 ميلي واط - أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -25°م إلى +85°م - نطاق درجة حرارة المحيط للتشغيل العادي.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°م إلى +100°م - نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.
• درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol):260°م كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ.

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

تحدد هذه المعلمات الأداء الأساسي للصمام الثنائي الضوئي في الظروف النموذجية.

• عرض النطاق الطيفي (λ_0.1):من 400 نانومتر إلى 1100 نانومتر. يستجيب الجهاز للضوء من المنطقة البنفسجية/الزرقاء وصولاً إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة.
• الطول الموجي للحساسية القصوى (λ_P):940 نانومتر (نموذجي). يكون الصمام الثنائي الضوئي أكثر حساسية في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة.
• الجهد في حالة الدائرة المفتوحة (V_OC):0.38 فولت (نموذجي) تحت إشعاع قدره 1 ميلي واط/سم² عند 470 نانومتر.
• التيار في حالة الدائرة القصيرة (I_SC):45 ميكرو أمبير (نموذجي) تحت إشعاع قدره 1 ميلي واط/سم² عند 470 نانومتر.
• التيار الضوئي العكسي (I_L):هذا هو التيار الضوئي الناتج عندما يكون الصمام الثنائي في حالة انحياز عكسي.
  • 46 ميكرو أمبير (نموذجي) عند 470 نانومتر، V_R=5 فولت، E_e=1 ميلي واط/سم².
  • 60 ميكرو أمبير (نموذجي) عند 940 نانومتر (ذروة الحساسية)، V_R=5 فولت، E_e=1 ميلي واط/سم².
• التيار المظلم العكسي (I_D):10 نانو أمبير (أقصى) عند V_R=10 فولت في الظلام التام. هذا هو تيار التسرب وهو معلمة رئيسية لحساسية الإضاءة المنخفضة.
• جهد الانهيار العكسي (V_BR):130 فولت (نموذجي)، بحد أدنى 35 فولت، مقاسًا عند تيار عكسي قدره 100 ميكرو أمبير في الظلام.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):80° (نموذجي). هذا يحدد النطاق الزاوي الذي يحافظ فيه الصمام الثنائي الضوئي على نصف حساسيته على المحور.

3. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة أساسية لمهندسي التصميم.

3.1 تبديد الطاقة مقابل درجة حرارة المحيط

يظهر الرسم البياني تخفيض أقصى قدرة تبديد مسموح بها مع زيادة درجة حرارة المحيط. التقييم البالغ 150 ميلي واط ساري عند 25°م، ويتناقص خطيًا إلى 0 ميلي واط عند 100°م. هذا المنحنى بالغ الأهمية لضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الجهاز في بيئة التطبيق.

3.2 الحساسية الطيفية

يوضح هذا المنحنى الاستجابة النسبية للصمام الثنائي الضوئي عبر نطاق الطول الموجي التشغيلي (1100-400 نانومتر)، مؤكدًا ذروة الحساسية حول 940 نانومتر واستجابة كبيرة في الطيف المرئي بسبب العدسة الشفافة.

3.3 التيار الضوئي العكسي مقابل الإشعاع

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة الخطية بين التيار الضوئي الناتج (I_L) وكثافة قدرة الضوء الساقط (E_e). يؤكد ملاءمة الجهاز لتطبيقات قياس الضوء حيث تكون الخطية مهمة.

3.4 التيار المظلم مقابل درجة حرارة المحيط

يزداد التيار المظلم (I_D) بشكل أسي مع درجة الحرارة. هذا المنحنى حيوي للتطبيقات العاملة في درجات حرارة مرتفعة، لأنه يحدد مستوى الضوضاء الأساسي للكاشف.

3.5 التيار الضوئي النسبي مقابل الإزاحة الزاوية

يمثل هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية البالغة 80° بشكل مرئي، موضحًا كيف تتناقص قوة الإشارة المكتشفة مع ابتعاد زاوية الضوء الساقط عن المحور المركزي (0°).

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يأتي الصمام الثنائي الضوئي في عبوة قياسية ذات أطراف شعاعية قطرها 5 مم. تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم 5.0 مم، وارتفاع قبة الإيبوكسي النموذجي، وتباعد الأطراف. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.25 مم. يتم توفير رسم تفصيلي للأبعاد في ورقة البيانات لتصميم بصمة PCB.

4.2 تحديد القطبية

يتم تحديد المهبط (K) عادةً بطرف أطول، أو بقعة مسطحة على حافة العبوة، أو علامة أخرى وفقًا لرسم العبوة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة للتشغيل السليم في وضع الانحياز العكسي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل الدقيق أثناء اللحام أمر بالغ الأهمية لمنع تلف بصيلة الإيبوكسي والهيكل الداخلي.

• القاعدة العامة:الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى بصيلة الإيبوكسي. يُوصى باللحام بعد قاعدة شريط الربط.
• اللحام اليدوي:استخدم مكواة بدرجة حرارة طرف لا تتجاوز 350°م (30 واط كحد أقصى). حدد وقت اللحام بـ 3 ثوانٍ لكل طرف.
• لحام الموجة/الغمس:قم بالتسخين المسبق إلى حد أقصى 100°م لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة حمام اللحام 260°م، مع وقت بقاء أقصاه 5 ثوانٍ.
• تعليمات حرجة:
  • تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي على الأطراف بينما يكون الجهاز في درجة حرارة عالية.
  • لا تقم بإجراء لحام الغمس أو اللحام اليدوي أكثر من مرة.
  • احمِ بصيلة الإيبوكسي من الصدمات أو الاهتزازات حتى يبرد الجهاز إلى درجة حرارة الغرفة.
  • تجنب التبريد السريع من درجة حرارة اللحام القصوى.
  • استخدم دائمًا أقل درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة الأجهزة في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة للحماية. تدفق التعبئة القياسي هو:

1. 500 قطعة لكل كيس مضاد للكهرباء الساكنة.
2. 5 أكياس (2500 قطعة) لكل صندوق داخلي.
3. 10 صناديق داخلية (25,000 قطعة) لكل صندوق رئيسي خارجي.

6.2 مواصفات الملصق

يحتوي ملصق المنتج على معلومات رئيسية للتتبع والتعريف، بما في ذلك رقم جزء العميل (CPN)، ورقم المنتج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورقم الدفعة، ورموز التاريخ (معرف الشهر).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الكشف الضوئي عالي السرعة:مناسب لوصلات اتصالات البيانات (مثل أجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء، والمشفرات الضوئية، وأجهزة استشعار القرب) حيث تكون هناك حاجة للكشف السريع عن النبضات.
• أنظمة الأمان:يمكن استخدامه في حزم كشف التسلل، أو كاشفات الدخان، أو استشعار الضوء المحيط للتحكم الآلي في الإضاءة.
• أنظمة الكاميرا:قابل للتطبيق لقياس الضوء، أو التحكم الآلي في التعريض، أو كمستشعر تحكم لمرشح قطع الأشعة تحت الحمراء.

7.2 اعتبارات التصميم

• الانحياز:لأسرع استجابة وخطية، قم بتشغيل الصمام الثنائي الضوئي في وضع الانحياز العكسي (الموصل الضوئي). يُستخدم مضخم المعاوقة الناقلية (TIA) بشكل شائع لتحويل التيار الضوئي إلى جهد.
• عرض النطاق الترددي مقابل الحساسية:ستحدد سعة التقاطع (المستنتجة من الاستجابة السريعة) وقيمة المقاومة الحملية عرض النطاق الترددي للدائرة. يوجد مقايضة بين عرض النطاق الترددي (مقاومة أقل) والحساسية/جهد الخرج (مقاومة أعلى).
• التصميم البصري:زاوية الرؤية البالغة 80° واسعة نسبيًا. للاستشعار الاتجاهي، قد يكون من الضروري استخدام فتحة أو أنبوب عدسة لتقييد مجال الرؤية.
• تعويض التيار المظلم:في تطبيقات الإضاءة المنخفضة الدقيقة، قد تحتاج إلى تعويض التيار المظلم وتغيراته مع درجة الحرارة في دائرة تكييف الإشارة.

8. المقارنة والتمييز الفني

مقارنةً بالصمامات الثنائية الضوئية PN القياسية، يقدم هذا الصمام الثنائي الضوئي PIN مزايا مميزة:

• وقت استجابة أسرع:تقلل المنطقة الجوهرية (I) في هيكل PIN من سعة التقاطع، مما يتيح سرعات تبديل وعرض نطاق ترددي أعلى.
• خطية محسنة:تسمح المنطقة الجوهرية الواسعة بخطية أفضل للتيار الضوئي فيما يتعلق بقدرة الضوء الساقط على نطاق واسع.
• تيار مظلم أقل (على جهود مقارنة):على الرغم من اعتمادها على التصميم المحدد، يمكن للهيكل أحيانًا السماح بتيارات تسرب أقل.
• حساسية طيفية واسعة:العدسة الشفافة، على عكس العدسات الملونة، لا ترشح الضوء المرئي، مما يجعلها خيارًا متعدد الاستخدامات للتطبيقات التي تحتاج إلى استجابة من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س1: ما الفرق بين التشغيل عند 470 نانومتر مقابل 940 نانومتر؟

ج: يكون الصمام الثنائي الضوئي أكثر حساسية بشكل ملحوظ عند طوله الموجي القصوى البالغ 940 نانومتر (60 ميكرو أمبير نموذجي مقابل 46 ميكرو أمبير عند 470 نانومتر تحت نفس الظروف). للحصول على أقصى إشارة خرج، تعتبر مصادر الأشعة تحت الحمراء حول 940 نانومتر مثالية. تتيح الاستجابة عند 470 نانومتر استخدام الجهاز مع مصادر الضوء المرئي الأزرق/الأخضر أيضًا.

س2: هل يمكنني استخدام هذا الصمام الثنائي الضوئي بدون جهد انحياز عكسي؟

ج: نعم، يمكن استخدامه في الوضع الكهروضوئي (انحياز صفري)، مولّدًا جهد الدائرة المفتوحة (V_OC). ومع ذلك، للتطبيقات عالية السرعة أو معظم التطبيقات الخطية، يُوصى بالانحياز العكسي (الوضع الموصل ضوئيًا) لأنه يقلل من سعة التقاطع ويحسن وقت الاستجابة.

س3: ما مدى أهمية قاعدة مسافة اللحام البالغة 3 مم؟

ج: مهمة جدًا. يمكن للحرارة المفرطة المنقولة عبر الطرف أن تصدع غطاء الإيبوكسي أو تتلف شريحة أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى فشل فوري أو تقليل الموثوقية طويلة المدى.

س4: ماذا تعني مواصفة "زاوية الرؤية" لتصميمي؟

ج: تعني أن الصمام الثنائي الضوئي سيكشف الضوء بشكل فعال داخل مخروط بزاوية 80° (40° خارج المحور في أي اتجاه). الضوء الساقط بزوايا أكبر من هذا سينتج إشارة أضعف بشكل ملحوظ. هذا مهم لمحاذاة المستشعر مع مصدر ضوء أو تحديد منطقة كشف.

10. مثال عملي لحالة الاستخدام

تصميم مستشعر قرب بسيط:

يمكن إقران الصمام الثنائي الضوئي PD333-3C/H0/L811 مع صمام ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال، يشع عند 940 نانومتر) لإنشاء مستشعر قرب أو كشف عن الأجسام. يتم تشغيل صمام LED بالأشعة تحت الحمراء بتيار نابض. يكتشف الصمام الثنائي الضوئي، الموضوعة بجوار صمام LED ولكن معزولة بصريًا، الضوء تحت الأحمر المنعكس من جسم ما. يتم توصيل خرج الصمام الثنائي الضوئي بمضخم TIA ثم بمقارن. عندما لا يكون هناك جسم، تكون الإشارة المكتشفة منخفضة (فقط الأشعة تحت الحمراء المحيطة). عندما يقترب جسم، تزيد النبضة المنعكسة الإشارة فوق عتبة محددة، مما يؤدي إلى تشغيل المقارن. يسمح وقت الاستجابة السريع للصمام الثنائي PIN بالكشف السريع ويمكنه دعم الإشارات المعدلة لرفض تداخل الضوء المحيط.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الضوئي PIN هو جهاز أشباه موصلات ذو هيكل ثلاثي الطبقات: من النوع P، وجوهرية (غير مشوبة)، ومن النوع N (P-I-N). عند الانحياز العكسي، تُستنفد المنطقة الجوهرية بالكامل من حاملات الشحنة، مما يخلق منطقة مجال كهربائي واسعة. تخلق الفوتونات الساقطة على الجهاز بطاقة أكبر من فجوة النطاق لأشباه الموصلات أزواج إلكترون-فجوة. يقوم المجال الكهربائي القوي في المنطقة الجوهرية بجرف هذه الحاملات بسرعة إلى أطرافها الخاصة، مولّدًا تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط. المنطقة الجوهرية الواسعة هي المفتاح: فهي تقلل سعة التقاطع (مما يتيح سرعة عالية) وتزيد الحجم حيث يمكن امتصاص الفوتونات (تحسين الحساسية، خاصة للأطوال الموجية الأطول مثل الأشعة تحت الحمراء).

12. اتجاهات وسياق الصناعة

تظل الصمامات الثنائية الضوئية من السيليكون PIN مثل PD333-3C/H0/L811 مكونات أساسية في الإلكترونيات الضوئية. تشمل الاتجاهات الحالية في الصناعة:

• التصغير:بينما تعتبر العبوة ذات الثقب المار مقاس 5 مم قياسية، هناك دافع قوي نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) (مثل 0805، 0603) للتجميع الآلي والتصاميم المقيدة بالمساحة.
• التكامل:زيادة تكامل الصمام الثنائي الضوئي مع التضخيم على الشريحة، والترشيح، والمنطق الرقمي لإنشاء "مستشعرات ضوئية ذكية" توفر إخراجًا رقميًا معالجًا.
• أداء محسن:يركز التطوير المستمر على تقليل التيار المظلم بشكل أكبر، وتحسين الحساسية (الاستجابة) عند أطوال موجية محددة، وتوسيع النطاق الطيفي إلى الأشعة تحت الحمراء الأعمق باستخدام مواد مثل InGaAs.
• تحسين مخصص للتطبيق:يتم تصميم الصمامات الثنائية الضوئية خصيصًا للتطبيقات الناشئة في الإلكترونيات الاستهلاكية (مستشعرات الهواتف الذكية، الأجهزة القابلة للارتداء)، والسيارات (LiDAR، الاستشعار داخل المقصورة)، والأتمتة الصناعية (رؤية الآلة، التحليل الطيفي).

على الرغم من هذه الاتجاهات، لا يزال الصمام الثنائي الضوئي PIN الكلاسيكي ذو الثقب المار مستخدمًا على نطاق واسع في النماذج الأولية، ومجموعات التعليم، والتحكم الصناعي، والتطبيقات التي تُقدّر فيها المتانة وسهولة اللحام اليدوي.

13. إخلاء المسؤولية وملاحظات الاستخدام

ترافق إخلاءات المسؤولية القانونية والفنية الحرجة بيانات هذا المنتج:

1. يحتفظ المصنع بالحق في تعديل مواد المنتج.
2. يلبي المنتج المواصفات المنشورة لمدة 12 شهرًا من تاريخ الشحن.
3. الرسوم البيانية والقيم النموذجية هي للاسترشاد فقط؛ فهي ليست حدودًا دنيا أو قصوى مضمونة.
4. لا يتحمل المصنع أي مسؤولية عن الضرر الناتج عن التشغيل خارج القيم القصوى المطلقة أو سوء الاستخدام.
5. محتوى ورقة البيانات محمي بحقوق الطبع والنشر؛ يتطلب الاستنساخ موافقة مسبقة.
6. إشعار أمان مهم:هذا المنتجغير مخصصللاستخدام في التطبيقات العسكرية، أو الطائرات، أو السيارات، أو الطبية، أو التي تدعم الحياة، أو التي تنقذ الحياة، أو أي تطبيق آخر ذي أهمية حرجة للسلامة حيث يمكن أن يؤدي الفشل إلى إصابة بشرية أو وفاة. لمثل هذه التطبيقات، يجب الحصول على إذن صريح.