ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي PD333-3B/L3 - قطر 5 مم - عدسة سوداء - حساسية عالية - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

الصمام الثنائي الضوئي PD333-3B/L3 هو صمام ثنائي ضوئي عالي الأداء من نوع PIN مصنوع من السيليكون، معبأ في غلاف بلاستيكي قياسي بقطر 5 مم. وظيفته الأساسية هي تحويل الضوء الساقط، خاصة في طيف الأشعة تحت الحمراء، إلى تيار كهربائي. يتميز الجهاز بوقت استجابة سريع وحساسية ضوئية عالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب كشفًا دقيقًا وسريعًا للضوء. تضمن مادة العدسة الإيبوكسية السوداء الحساسية المثلى للإشعاع تحت الأحمر مع توفير درجة من تصفية الضوء المحيط.

1.1 الميزات الأساسية والمزايا

• وقت استجابة سريع:يمكن من اكتشاف إشارات الضوء المتغيرة بسرعة، وهو أمر بالغ الأهمية للاتصالات عالية السرعة والاستشعار.
• حساسية ضوئية عالية:يوفر إشارة كهربائية قوية من مستويات الإضاءة المنخفضة، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء.
• سعة تقاطع صغيرة:تساهم في وقت الاستجابة السريع وتسمح بالعمل عند ترددات أعلى.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع معايير RoHS، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، وخالٍ من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون).
• غلاف قياسي:الشكل القياسي 5 مم مستخدم على نطاق واسع ومتوافق مع أجهزة التثبيت الشائعة.

1.2 التطبيقات المستهدفة

تم تصميم هذا الصمام الثنائي الضوئي للاستخدام في أنظمة إلكترونية متنوعة حيث يكون الكشف الموثوق للضوء أمرًا بالغ الأهمية.

• الكواشف الضوئية عالية السرعة (مثل روابط البيانات البصرية، والمشفرات).
• أنظمة الأمن والمراقبة (مثل مستشعرات قطع الحزمة، وكواشف الحركة).
• أنظمة الكاميرات (مثل التحكم في التعريض، قياس الضوء).
• مستشعرات الأتمتة الصناعية.
• الإلكترونيات الاستهلاكية ذات استشعار القرب أو الضوء المحيط.

2. المواصفات الفنية والتحليل المتعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

المعلمة	الرمز	القيمة القصوى	الوحدة
الجهد العكسي	VR	32	V
درجة حرارة التشغيل	TT_opr	-25 إلى +85	°C
درجة حرارة التخزين	TT_stg	-40 إلى +100	°C
درجة حرارة اللحام	TT_sol	260	260 °C (لفترة زمنية محدودة)
تبديد الطاقة	PC	150	100 mW

اعتبارات التصميم:يوفر تصنيف الجهد العكسي البالغ 32 فولت هامش أمان جيدًا لدوائر الانحياز النموذجية. يشير تصنيف درجة حرارة اللحام إلى التوافق مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية، ولكن يجب التحكم في الوقت فوق نقطة السيولة.

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

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة.

المعلمة	الرمز	Min.	Typ.	Max.	الوحدة	شرط الاختبار
عرض النطاق الطيفي (0.5 استجابة)	λ0.5	840	--	1100	840 إلى 1100 nm	--
طول موجة الحساسية القصوى	λP	--	940	--	940 nm	--
جهد الدائرة المفتوحة	VOC	--	0.44	--	V	EeV_oc 0.45 V E_e=5mW/cm², λ=940nmp=940nm
تيار الدائرة القصيرة	ISC	--	10	--	I_sc 10 μA E_e=1mW/cm², λ=940nm	Ee=1mW/cm², λp=940nm
التيار الضوئي العكسي	IL	10	--	--	I_L 10 μA E_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V	Ee=1mW/cm², λp=940nm, VR=5V
التيار المظلم العكسي	ID	--	--	10	I_D 10 nA E_e=0mW/cm², V_R=10V	Ee=0mW/cm², VR=10V
جهد الانهيار العكسي	VBR	32	170	--	V	EeV_BR 32 V E_e=0mW/cm², I_R=100μAR=100μA
السعة الكلية	Ct	--	10	--	C_t 10 pF E_e=0mW/cm², V_R=5V, f=1MHz	Ee=0mW/cm², VR=5V, f=1MHz
زمن الصعود / الهبوط	trt_r / t_f 10 ns V_R=10V, R_L=100Ωf	--	10	--	ns	VR=10V, RL=100Ω

التحليل الفني:الاستجابة الطيفية من 840 نانومتر إلى 1100 نانومتر، مع ذروة عند 940 نانومتر، تحدد بوضوح أن هذا جهاز حساس للأشعة تحت الحمراء. يحدد التيار الضوئي النموذجي البالغ 10 ميكرو أمبير عند إشعاع 1 ملي واط/سم² حساسيته. التيار المظلم المنخفض (بحد أقصى 10 نانو أمبير) أمر بالغ الأهمية للكشف عن الإشارات الضعيفة. وقت الاستجابة البالغ 10 نانو ثانية يؤكد قدرته على التطبيقات عالية السرعة. سعة التقاطع البالغة 10 بيكو فاراد هي عامل رئيسي يحدد ثابت الوقت RC لدائرة الكشف.

2.3 نظام التصنيف (رتبة I_LL)

يتم فرز (تصنيف) الثنائيات الضوئية بناءً على تيارها الضوئي العكسي (I_LL) المقاس تحت الظروف القياسية (E_ee=1mW/cm², λ_p=940nm, V_RR=5V). وهذا يضمن اتساق الحساسية للدفعات الإنتاجية.

رقم التصنيف	BIN1	BIN2	BIN3	BIN4
الحد الأدنى لـ ILL (μA) 8 10 12 14	10	20	30	40
الحد الأقصى لـ ILL (μA) 10 12 14 16	20	30	40	50

تضمين التصميم:للتطبيقات التي تتطلب مطابقة حساسية ضيقة عبر مستشعرات متعددة، قد يكون من الضروري تحديد تصنيف معين أو مزيج من التصنيفات للحفاظ على تجانس أداء النظام.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح كيف تختلف المعلمات الرئيسية مع ظروف التشغيل.

3.1 الحساسية الطيفية

يظهر منحنى الاستجابة الطيفي الحساسية النسبية للجهاز عبر الأطوال الموجية. يبلغ ذروته عند 940 نانومتر (الأشعة تحت الحمراء القريبة) وله استجابة كبيرة بين حوالي 840 نانومتر و 1100 نانومتر. هذا يجعله مثاليًا للاستخدام مع الثنائيات الباعثة للضوء تحت الأحمر الشائعة 850 نانومتر أو 940 نانومتر. تساعد العدسة السوداء في تخفيف الضوء المرئي، مما يقلل الضوضاء من المصادر المحيطة.

3.2 الاعتماد على درجة الحرارة

يوضح منحنيان رئيسيان تأثيرات درجة الحرارة:التيار المظلم العكسي مقابل درجة حرارة المحيط:يزداد التيار المظلم (I_DD) بشكل أسي مع درجة الحرارة. هذه خاصية أساسية لأشباه الموصلات. في درجات الحرارة المرتفعة (على سبيل المثال، بالقرب من درجة حرارة التشغيل القصوى البالغة 85 درجة مئوية)، يمكن أن يصبح التيار المظلم كبيرًا، مما قد يحجب الإشارات الضوئية الضعيفة. يجب على المصممين مراعاة ذلك في البيئات عالية الحرارة.تبديد الطاقة مقابل درجة حرارة المحيط:يقل تبديد الطاقة المسموح به الأقصى مع ارتفاع درجة حرارة المحيط. منحنى التخفيض هذا ضروري لضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الجهاز تحت حمله الكهربائي الخاص، على الرغم من أن الثنائيات الضوئية التي تعمل بشكل أساسي في الوضع الكهروضوئي أو وضع التيار المنخفض، غالبًا ما تكون أقل أهمية من أجهزة الطاقة.

3.3 الخطية والاستجابة الديناميكية

التيار الضوئي العكسي مقابل الإشعاع (E_ee):يظهر هذا المنحنى عادةً علاقة خطية بين قوة الضوء الساقط والتيار الضوئي الناتج عبر عدة عقود. هذه الخطية هي ميزة رئيسية للثنائيات الضوئية من نوع PIN لتطبيقات قياس الضوء.السعة الطرفية مقابل الجهد العكسي:تنخفض سعة التقاطع (C_tt) مع زيادة جهد الانحياز العكسي. تؤدي السعة الأقل إلى ثابت وقت RC أصغر، مما يتيح استجابة أسرع للدائرة. يمكن للمصممين المقايضة بين جهد انحياز أعلى (وبالتالي تيار مظلم أعلى قليلاً) لتحسين السرعة.وقت الاستجابة مقابل مقاومة الحمل:يزداد زمن الصعود/الهبوط (t_rr/t_ff) مع مقاومة الحمل الأكبر (R_LL) بسبب ثابت RC الأكبر الناتج عن سعة تقاطع الثنائي الضوئي والحمل. للتطبيقات عالية السرعة، يُفضل استخدام مقاوم حمل منخفض القيمة أو تكوين مضخم عبر المقاومة.

4. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالتغليف

4.1 أبعاد الغلاف

يستخدم الجهاز غلافًا قياسيًا بقطر 5 مم مع أطراف شعاعية. يحدد الرسم البعدي قطر الجسم، وتباعد الأطراف، وقطر الأطراف، والأبعاد الإجمالية. يتم تطبيق تسامح نموذجي يبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك على أبعاد محددة. الغلاف مصنوع من البلاستيك الأسود (الإيبوكسي) مع عدسة في الأعلى.

4.2 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود عادةً بطرف أطول، أو بقعة مسطحة على حافة الغلاف، أو علامة أخرى وفقًا للرسم الخاص بالغلاف. يجب مراعاة القطبية الصحيحة عند توصيل الجهاز في دائرة، مع توصيل الكاثود بالجهد الأكثر إيجابية عند الانحياز العكسي.

5. إرشادات التجميع والتعامل

5.1 اللحام

يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام قصوى تبلغ 260 درجة مئوية، وهو ما يتوافق مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص الشائعة. ومع ذلك، يجب تقليل مدة التعرض لدرجات الحرارة فوق نقطة سيولة اللحام لمنع الإجهاد الحراري على الغلاف ورقاقة أشباه الموصلات. اللحام اليدوي بمكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مقبول أيضًا، مع الحرص على تحديد وقت تسخين الأطراف.

5.2 التخزين والتعامل

يجب تخزين الأجهزة في أكياسها الأصلية الحاجبة للرطوبة في بيئة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين (-40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية) وبدرجة رطوبة منخفضة. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية أثناء التعامل، حيث يمكن أن تتلف وصلة أشباه الموصلات بسبب الكهرباء الساكنة.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

تنسيق التعبئة القياسي هو:

• 200 إلى 500 قطعة لكل كيس.
• 5 أكياس لكل صندوق داخلي.
• 10 صناديق لكل كرتونة رئيسية.

هذه التعبئة السائبة مناسبة لخطوط التجميع الآلية.

6.2 معلومات الملصق

يحتوي ملصق المنتج على معلومات رئيسية للتتبع والتعريف:

• P/N:رقم المنتج (مثل PD333-3B/L3).
• CAT:رتبة شدة الإضاءة (تتوافق مع تصنيف I_LL).
• LOT No:رقم دفعة التصنيع للتتبع.
• معلومات رمز التاريخ.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تكوين الدائرة

يمكن استخدام الثنائيات الضوئية من نوع PIN في وضعين أساسيين:الوضع الكهروضوئي (انحياز صفري):لا يتم تحيز الثنائي خارجيًا. يولد جهدًا وتيارًا عند إضاءته. يوفر هذا الوضع تيارًا مظلمًا منخفضًا جدًا وخطية جيدة عند مستويات الإضاءة المنخفضة ولكنه يتمتع باستجابة أبطأ بسبب سعة التقاطع الأعلى.الوضع الضوئي التوصيلي (انحياز عكسي):يتم تطبيق جهد عكسي. هذا يقلل من سعة التقاطع (مما يسرع الاستجابة) ويوسع منطقة الاستنزاف (مما يحسن الكفاءة). إنه الوضع المفضل للتطبيقات عالية السرعة والخطية العالية، على الرغم من أن التيار المظلم أعلى.

7.2 الإلكترونيات الواجهية

لإخراج التيار، غالبًا ما يتم استخدام مضخم عبر المقاومة لتحويل التيار الصغير للثنائي الضوئي إلى إشارة جهد قابلة للاستخدام مع الحفاظ على قصر افتراضي عبر الثنائي (يبقيه فعالًا عند انحياز صفري). لإخراج الجهد في الوضع الكهروضوئي، يجب استخدام مضخم ذي مقاومة دخل عالية (مثل مضخم عملياتي بإدخال JFET أو CMOS) لتجنب تحميل الإشارة.

7.3 الاعتبارات البصرية

لتعظيم الأداء:

• محاذاة مصدر الأشعة تحت الحمراء مع طول موجة الحساسية القصوى (940 نانومتر).
• استخدام مرشحات بصرية مناسبة لحجب الضوء المحيط غير المرغوب فيه، خاصة إذا كان التشغيل في بيئات ذات مصادر ضوء مرئي قوية.
• مراعاة الحساسية الزاوية للثنائي الضوئي؛ تحتوي عدسة الغلاف على زاوية رؤية محددة.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنةً بالترانزستورات الضوئية، يوفر الثنائي الضوئي PD333-3B/L3 من نوع PIN:

• استجابة أسرع:الثنائيات الضوئية أسرع بطبيعتها من الترانزستورات الضوئية بسبب عدم وجود تأثيرات تخزين الشحنة المرتبطة بكسب الترانزستور.
• خطية أفضل:يكون التيار الضوئي أكثر تناسبًا خطيًا مع شدة الضوء عبر نطاق أوسع.
• ضوضاء أقل:يتمتع عمومًا بأداء ضوضاء أقل، وهو مفيد للكشف عن الإشارات الضعيفة.
• لا يوجد كسب داخلي:يوفر كسبًا واحدًا فقط (زوج إلكترون-فجوة واحد لكل فوتون، من الناحية المثالية)، مما يتطلب تضخيمًا خارجيًا، بينما توفر الترانزستورات الضوئية كسب تيار داخلي (بيتا).

يعتمد الاختيار على حاجة التطبيق للسرعة/الخطية (الثنائي الضوئي) مقابل الحساسية العالية مع دائرة بسيطة (الترانزستور الضوئي).

9. الأسئلة الشائعة

9.1 ما الفرق بين معلمتي I_SCSC و I_LL؟

تيار الدائرة القصيرة (I_SCSC):يُقاس بصفر فولت عبر الثنائي (الوضع الكهروضوئي). يمثل أقصى تيار ضوئي يمكن للجهاز توليده تحت إضاءة معينة.التيار الضوئي العكسي (I_LL):يُقاس مع تطبيق جهد انحياز عكسي محدد (الوضع الضوئي التوصيلي). هذه هي المعلمة المستخدمة لنظام التصنيف وغالبًا ما تكون تيار التشغيل ذي الصلة في الدوائر العملية.

9.2 كيف أختار التصنيف الصحيح لتطبيقي؟

إذا كان تصميم دائرة لديك له كسب ثابت ويتطلب مستوى إشارة خرج محددًا لإدخال ضوئي معين، فاختر تصنيفًا يوفر نطاق I_LL الضروري. للتطبيقات التي تستخدم التغذية الراجعة أو التحكم التلقائي في الكسب، قد يكون التصنيف الأوسع أو أي تصنيف مقبولًا. لمصفوفات المستشعرات المتعددة، يضمن تحديد تصنيف واحد ضيق التجانس.

9.3 هل يمكن استخدام هذا المستشعر للكشف عن الضوء المرئي؟

بينما لديه بعض الحساسية المتبقية في الطيف الأحمر المرئي (حوالي 700 نانومتر)، فإن استجابه مُحسَّنة للأشعة تحت الحمراء القريبة (840-1100 نانومتر). العدسة السوداء تخفف الضوء المرئي أكثر. للكشف الأساسي عن الضوء المرئي، سيكون الثنائي الضوئي ذو العدسة الشفافة وذروة طيفية في النطاق المرئي (على سبيل المثال، 550 نانومتر للون الأخضر) أكثر ملاءمة.

10. مبدأ التشغيل

الثنائي الضوئي PIN هو جهاز أشباه موصلات به منطقة جوهرية (I) عريضة ومنخفضة التشويش محصورة بين مناطق من النوع P والنوع N. عندما يتم امتصاص الفوتونات ذات الطاقة الأكبر من فجوة النطاق لأشباه الموصلات في المنطقة الجوهرية، فإنها تخلق أزواج إلكترون-فجوة. تحت تأثير المجال الكهربائي المدمج (في الوضع الكهروضوئي) أو مجال الانحياز العكسي المطبق (في الوضع الضوئي التوصيلي)، يتم فصل حاملات الشحنة هذه، مما يولد تيارًا ضوئيًا قابلًا للقياس يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تسمح المنطقة الجوهرية العريضة بامتصاص فعال للفوتونات وتقلل من سعة التقاطع، مما يتيح التشغيل عالي السرعة.

11. اتجاهات الصناعة

يستمر سوق الثنائيات الضوئية تحت الحمراء في النمو، مدفوعًا بالتطبيقات في:

• السيارات:الليدار للقيادة الذاتية، استشعار شاغلي المقصورة.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:مستشعرات القرب، التعرف على الوجه، مراقبة معدل ضربات القلب في الأجهزة القابلة للارتداء.
• إنترنت الأشياء الصناعي:رؤية الآلة، مراقبة الحالة، استشعار المستوى.
• الاتصالات:روابط البيانات البصرية قصيرة المدى (VLC، IRDA).

تشمل الاتجاهات المزيد من التصغير (التحول نحو أغلفة بحجم الرقاقة)، والتكامل مع التضخيم ومعالجة الإشارات على الرقاقة (خلق مستشعرات ضوئية ذكية)، وتحسين مقاييس الأداء مثل التيار المظلم الأقل والسرعة الأعلى لتلبية متطلبات التقنيات الناشئة مثل استشعار وقت الطيران.

إخلاء المسؤولية: المعلومات الواردة في هذه الوثيقة الفنية تستند إلى ورقة البيانات المشار إليها وهي لأغراض إعلامية فقط. المواصفات عرضة للتغيير. يرجى دائمًا الرجوع إلى أحدث الوثائق الرسمية لأعمال التصميم الحرجة. لا تمثل الرسوم البيانية والقيم النموذجية مواصفات مضمونة. لا تتحمل الشركة المصنعة أي مسؤولية عن التطبيقات التي لا تلتزم بالقيم القصوى المطلقة أو إرشادات الاستخدام السليم.