ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي PD438C - قطر 4.8 مم - جهد عكسي 32 فولت - تبديد طاقة 150 ميلي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

الصمام الثنائي الضوئي PD438C هو صمام ثنائي ضوئي من نوع PIN سريع وحساس للغاية، مُحاط بغلاف بلاستيكي أسطواني جانبي. وظيفته الأساسية هي تحويل الضوء الساقط، وخاصة في طيف الأشعة تحت الحمراء، إلى تيار كهربائي. الميزة الرئيسية لهذا المكون هي أن الغلاف الإيبوكسي نفسه يعمل كمرشح مدمج للأشعة تحت الحمراء، وهو متطابق طيفيًا مع باعثات الأشعة تحت الحمراء الشائعة. يبسط هذا التصميم تكامل النظام عن طريق تقليل الحاجة إلى الترشيح الخارجي. يتميز الجهاز بأوقات استجابة سريعة، وحساسية ضوئية عالية، وسعة تقاطع صغيرة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب كشفًا سريعًا ودقيقًا للضوء.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل بشكل موثوق ضمن الحدود المطلقة التالية، والتي قد يؤدي تجاوزها إلى تلف دائم. أقصى جهد عكسي (V_R) هو 32 فولت. يجب ألا يتجاوز تبديد الطاقة (P_d) 150 ميلي واط. نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr) هو من -40°C إلى +85°C، بينما يمتد نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg) من -40°C إلى +100°C. بالنسبة للتجميع، يجب الحفاظ على درجة حرارة اللحام (T_sol) عند 260°C لمدة لا تزيد عن 5 ثوانٍ لمنع التلف الحراري للغلاف وشريحة أشباه الموصلات.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C)، يُظهر PD438C معايير الأداء الرئيسية التالية. يتراوح نطاق استجابة الطيف (λ_0.5) من 400 نانومتر إلى 1100 نانومتر، مع طول موجة الحساسية القصوى (λ_p) عادةً عند 940 نانومتر، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع مصادر الأشعة تحت الحمراء الشائعة. عند الإضاءة باستضاءة قدرها 5 ميلي واط/سم² عند 940 نانومتر، يكون جهد الدائرة المفتوحة النموذجي (V_OC) 0.35 فولت. التيار القصير الدائري (I_SC) هو عادةً 18 ميكرو أمبير تحت 1 ميلي واط/سم² عند 940 نانومتر. تحت تحيز عكسي قدره 5 فولت ونفس الاستضاءة، يكون تيار الضوء العكسي (I_L) عادةً 18 ميكرو أمبير (الحد الأدنى 10.2 ميكرو أمبير). التيار المظلم (I_d)، وهو تيار التسرب في غياب الضوء، هو عادةً 5 نانو أمبير (الحد الأقصى 30 نانو أمبير) عند جهد عكسي قدره 10 فولت. السعة الطرفية الكلية (C_t) هي عادةً 25 بيكو فاراد عند تحيز عكسي 3 فولت وتردد 1 ميجاهرتز. أوقات الصعود والهبوط (t_r/t_f) كلاهما عادةً 50 نانو ثانية عند العمل بتحيز عكسي 10 فولت ومقاوم حمل 1 كيلو أوم.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لمهندسي التصميم. يُظهر منحنىالحساسية الطيفيةالاستجابة النسبية للصمام الثنائي الضوئي عبر نطاق أطوال موجات التشغيل الخاصة به، مؤكدًا الذروة عند 940 نانومتر. يوضح رسمتبديد الطاقة مقابل درجة الحرارة المحيطةتخفيض الحد الأقصى المسموح به من الطاقة مع زيادة درجة حرارة التشغيل، وهو أمر أساسي لإدارة الحرارة. يُظهر منحنىالتيار المظلم مقابل درجة الحرارة المحيطةكيف يزيد تيار التسرب مع درجة الحرارة، وهو عامل حاسم للتطبيقات ذات الإضاءة المنخفضة أو درجات الحرارة العالية. يُظهر رسمتيار الضوء العكسي مقابل الاستضاءة (Ee)العلاقة الخطية بين قوة الضوء الساقط والتيار الضوئي الناتج، مؤكدًا استجابة الجهاز القابلة للتنبؤ. يشير منحنىالسعة الطرفية مقابل الجهد العكسيإلى كيفية انخفاض سعة التقاطع مع زيادة التحيز العكسي، مما يؤثر مباشرة على سرعة الجهاز. أخيرًا، يُظهر رسموقت الاستجابة مقابل مقاومة الحملكيف يتأثر وقت الصعود/الهبوط بالحمل الخارجي، مما يوجه اختيار مقاوم حمل مناسب للدوائر الحساسة للسرعة.

4. معلومات الميكانيكا والغلاف

4.1 أبعاد الغلاف

يتم تعبئة PD438C في شكل أسطواني جانبي بقطر اسمي يبلغ 4.8 مم. يحدد الرسم الميكانيكي التفصيلي جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك تباعد الأطراف، وارتفاع الغلاف، وهندسة العدسة. يلاحظ الرسم أن التسامحات الأبعاد هي عادةً ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يكون التكوين الجانبي مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات حيث يكون مسار الضوء موازيًا لسطح التثبيت، كما في مستشعرات الفتحة أو أنظمة كشف الحافة.

4.2 تحديد القطبية

الجهاز هو مكون ذو طرفين. يتم تحديد الكاثود عادةً بواسطة طرف أطول، أو شق، أو بقعة مسطحة على جسم الغلاف. الاتصال الصحيح للقطبية ضروري عند تطبيق التحيز العكسي للحصول على الأداء الأمثل في وضع التوصيل الضوئي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

تم تصنيف المكون للحام بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°C. من الأهمية بمكان أن يكون الوقت فوق درجة حرارة السيولة (عادةً حوالي 217°C للحام الخالي من الرصاص) محدودًا بحد أقصى 5 ثوانٍ لمنع الإجهاد الحراري المفرط على الغلاف الإيبوكسي والروابط السلكية الداخلية. تكون ملفات إعادة التدفق أو اللحام الموجي القياسية للتجميعات الخالية من الرصاص قابلة للتطبيق بشكل عام. يجب الحرص على تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء التعامل والوضع.

6. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي 500 قطعة لكل كيس. يتم دمج ستة أكياس في صندوق داخلي واحد، وعشرة صناديق داخلية تشكل صندوق شحن رئيسي واحد، مما يؤدي إلى إجمالي 30,000 قطعة لكل صندوق رئيسي. يتضمن ملصق المنتج حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ومعلومات تتبع الدفعة (LOT No.).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

PD438C مناسب جيدًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الكهروضوئية. تجعله سرعته العالية مثاليًا لـالكشف الضوئي عالي السرعةفي روابط اتصالات البيانات أو استشعار النبض. يُستخدم عادةً فيالإلكترونيات الاستهلاكيةمثل الكاميرات وكاميرات الفيديو (أجهزة VCR، كاميرات الفيديو) لأنظمة التركيز التلقائي، أو قياس الضوء، أو كشف نهاية الشريط. يعمل كجهاز استشعار موثوق فيالمفاتيح الكهروضوئيةوالفواصل لاستشعار الموضع، وكشف الأجسام، وأنظمة التشفير الدوراني. يجعل مرشح الأشعة تحت الحمراء المدمج فعالاً بشكل خاص في الأنظمة المقترنة بمصابيح LED للأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر، لتصفية الضوء المرئي غير المرغوب فيه.

7.2 اعتبارات التصميم

عند تصميم دائرة باستخدام PD438C، يجب مراعاة عدة عوامل. لـتحسين السرعة، قم بتشغيل الصمام الثنائي الضوئي بتحيز عكسي كافٍ (مثل 5V-10V) لتقليل سعة التقاطع واستخدم مقاوم حمل منخفض القيمة، كما هو موضح في منحنى وقت الاستجابة مقابل مقاومة الحمل، على الرغم من أن هذا يتنازل مع تأرجح جهد الخرج. غالبًا ما يُفضل تكوين مضخم المعاوقة العابرة (TIA) لتحويل التيار الضوئي الصغير إلى جهد قابل للاستخدام مع الحفاظ على عرض النطاق الترددي. بالنسبة لـالتطبيقات الحساسة للضوضاء، فإن مواصفات التيار المظلم واعتماده على درجة الحرارة أمران بالغا الأهمية؛ قد يكون من الضروري تبريد الجهاز أو استخدام تقنيات الكشف المتزامن. يبسط خطية التيار الضوئي مع الاستضاءة تصميمات قياس الطاقة الضوئية. تأكد من صحة فتحة الضوء والمحاذاة لتوجيه الغلاف الجانبي.

8. المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بالصمامات الثنائية الضوئية القياسية بدون عدسة أو مرشح، يقدم PD438C ميزة مميزة بسببالإيبوكسي شبه العدسة ومرشح الأشعة تحت الحمراء المدمج. هذا يلغي الحاجة إلى مرشح بصري منفصل، مما يقلل من عدد المكونات وتعقيد التجميع والتكلفة. الغلاف الجانبي هو شكل محدد يحل تحديات التكامل في التصميمات المحدودة المساحة حيث لا يمكن استخدام أجهزة الاستشعار العلوية. يقدم مزيجه من السرعة العالية نسبيًا (50 نانو ثانية) والحساسية الجيدة (18 ميكرو أمبير عند 1 ميلي واط/سم²) ملف أداء متوازن للعديد من التطبيقات متوسطة المدى، مما يضعه بين الأجهزة عالية السرعة جدًا ذات الحساسية المنخفضة والصمامات الثنائية الضوئية الأبطأ ذات الحساسية العالية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الغرض من "شبه العدسة"؟

أ: تساعد شبه العدسة في تركيز الضوء الوارد على المنطقة النشطة لشريحة السليكون، مما يزيد من منطقة الجمع الفعالة وبالتالي استجابة (حساسية) الجهاز مقارنة بنافذة مسطحة.

س: لماذا تكون الحساسية القصوى عند 940 نانومتر؟

أ: تبلغ خصائص الامتصاص الجوهرية للسليكون ذروتها في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة. 940 نانومتر هو طول موجي شائع جدًا لباعثات الأشعة تحت الحمراء (LEDs)، لأنه غير مرئي للعين البشرية ومتاح بسهولة. يتم ضبط الإيبوكسي لمطابقة هذا.

س: هل يجب أن أستخدم هذا الصمام الثنائي الضوئي في الوضع الكهروضوئي (تحيز صفري) أو الوضع التوصيلي الضوئي (تحيز عكسي)؟

أ: للحصول على أعلى سرعة وخطية، يُوصى بالوضع التوصيلي الضوئي (تطبيق تحيز عكسي، مثل 5 فولت). فهو يقلل من سعة التقاطع ويوسع منطقة الاستنزاف. يوفر الوضع الكهروضوئي (تحيز صفري) ضوضاء أقل (لا يوجد تيار مظلم) ولكنه أبطأ.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟

أ: كما هو موضح في المنحنيات، يزيد التيار المظلم بشكل كبير مع درجة الحرارة، مما قد يكون مصدرًا للضوضاء. التيار الضوئي نفسه له أيضًا معامل درجة حرارة طفيف. للتشغيل المستقر، قد تكون هناك حاجة إلى تعويض درجة الحرارة أو بيئة خاضعة للتحكم في التطبيقات الدقيقة.

10. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: مستشعر القرب بالأشعة تحت الحمراء:يُرسل LED للأشعة تحت الحمراء نبضات عند 940 نانومتر. يتم كشف الضوء المنعكس بواسطة PD438C. يسمح الغلاف الجانبي بوضع كل من الباعث والمستشعر على نفس اللوحة المطبوعة، متجهين في نفس الاتجاه. يساعد مرشح الأشعة تحت الحمراء المدمج في PD438C في رفض الضوء المرئي المحيط، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء لإشارة الأشعة تحت الحمراء المنعكسة. يقيس المتحكم الدقيق تيار الصمام الثنائي الضوئي عبر TIA لتحديد وجود الجسم أو المسافة.

المثال 2: مفتاح ضوئي ذو فتحة:يتم تثبيت PD438C على جانب واحد من قوس على شكل حرف U، مقابل LED للأشعة تحت الحمراء على الجانب الآخر. يعترض جسم يمر عبر الفتحة الشعاع. يسمح وقت الاستجابة السريع (50 نانو ثانية) باكتشاف أحداث عالية السرعة جدًا أو ترميز الحركة السريعة.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الضوئي PIN هو جهاز أشباه موصلات ذو منطقة جوهرية (I) واسعة ومشوبة بشكل خفيف محصورة بين منطقة من النوع P ومنطقة من النوع N. عندما تضرب الفوتونات ذات الطاقة الأكبر من فجوة النطاق لأشباه الموصلات (للسليكون، أطوال موجية أقصر من ~1100 نانومتر) الجهاز، فإنها تولد أزواج إلكترون-ثقب في المنطقة الجوهرية. تحت تأثير المجال الكهربائي المدمج (في الوضع الكهروضوئي) أو تحيز عكسي مطبق (في الوضع التوصيلي الضوئي)، يتم فصل حاملات الشحنة هذه، مما يخلق تيارًا ضوئيًا قابلًا للقياس يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تسمح المنطقة الجوهرية الواسعة بحجم استنزاف أكبر، مما يحسن الكفاءة الكمية (الحساسية) ويقلل من سعة التقاطع، مما يتيح تشغيلًا بسرعة أعلى مقارنةً بالصمام الثنائي الضوئي PN القياسي.

12. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر سوق الصمامات الثنائية الضوئية مثل PD438C في التوجه بفعل اتجاهات الأتمتة والإلكترونيات الاستهلاكية والاتصالات. هناك دفع مستمر نحوسرعة أعلىلدعم نقل بيانات أسرع في الروابط الضوئية.حساسية محسنة(ضوضاء أقل، استجابة أعلى) تسمح بالعمل مع باعثات طاقة أقل أو على مسافات أطول.التصغيرهو اتجاه رئيسي آخر، يؤدي إلى صمامات ثنائية ضوئية في أغلفة سطحية أصغر. علاوة على ذلك، يتقدم التكامل، مع دمج المزيد من الأجهزة للصمام الثنائي الضوئي والمضخم وأحيانًا حتى المنطق الرقمي في غلاف واحد (مثل مصفوفات الصمامات الثنائية الضوئية، وأجهزة الاستشعار الضوئية المتكاملة). يمثل PD438C، مع مرشحه الضوئي المدمج، خطوة في اتجاه التكامل هذا، مما يبسط قائمة المواد لمصممي الأنظمة.