ورقة بيانات الصمام الثنائي الضوئي من نوع PIN - PD15-22B/TR8 - عبوة 3.5x4.0x1.65 مم - جهد عكسي 32 فولت - عدسة سوداء - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد PD15-22B/TR8 صمامًا ثنائيًا ضوئيًا سليكونيًا من نوع PIN عالي السرعة والحساسية، مُصممًا للتطبيقات التي تتطلب كشفًا ضوئيًا سريعًا. وهو مُغلف في عبوة سطحية صغيرة الحجم (SMD) ذات قمة مسطحة، مع قالب بلاستيكي أسود وعدسة سوداء. الجهاز مُطابق طيفيًا لمصادر الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون وقت استجابته السريع، الذي يمكّنه من اكتشاف التغيرات السريعة في شدة الضوء، وحساسيته الضوئية العالية، مما يسمح بتشغيل موثوق حتى في ظروف الإضاءة المنخفضة. تساهم السعة الوصلة الصغيرة في أدائه عالي السرعة. المنتج متوافق مع المعايير البيئية، فهو خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع RoHS، ومتوافق مع EU REACH، وخالٍ من الهالوجين (مع البرومين <900 جزء في المليون، الكلور <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل بشكل موثوق ضمن الحدود المحددة. قد يتسبب تجاوز هذه القيم القصوى المطلقة في تلف دائم.

• الجهد العكسي (VR):32 فولت. هذا هو أقصى جهد يمكن تطبيقه في حالة الانحياز العكسي دون التسبب في الانهيار.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°C إلى +85°C. هذا يحدد نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الطبيعي للجهاز.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +100°C. يمكن تخزين الجهاز ضمن هذا النطاق عندما لا يكون قيد التشغيل.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):260°C كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات لحام إعادة التدفق.
• تبديد الطاقة (Pc):150 ملي واط. أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها بأمان.
• مستلى ESD HMB:2000 فولت كحد أدنى. يشير إلى متانة الجهاز ضد التفريغ الكهروستاتيكي باستخدام نموذج الجسم البشري.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25°C وتحدد الأداء الأساسي للصمام الثنائي الضوئي.

• عرض النطاق الطيفي (λ):من 730 نانومتر إلى 1100 نانومتر (عند 10% من الحساسية القصوى). يستجيب الجهاز للضوء ضمن نطاق الطول الموجي هذا، مع حساسية قصوى في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة.
• طول موجة الحساسية القصوى (λP):عادة 940 نانومتر. الطول الموجي الذي يكون فيه الصمام الثنائي الضوئي أكثر حساسية.
• الجهد الدائرة المفتوحة (VOC):عادة 0.41 فولت تحت إشعاع (Ee) بقدرة 5 ملي واط/سم² عند λP=940 نانومتر. هذا هو الجهد المتولد عندما تكون الأطراف مفتوحة.
• تيار الدائرة القصيرة (ISC):4.0 ميكرو أمبير كحد أدنى، 6.5 ميكرو أمبير نموذجي تحت Ee=1 ملي واط/سم² عند λP=875 نانومتر. هذا هو التيار المتولد عندما تكون الأطراف مقصورة.
• التيار الضوئي العكسي (IL):4.2 ميكرو أمبير كحد أدنى، 6.5 ميكرو أمبير نموذجي تحت Ee=1 ملي واط/سم² عند λP=875 نانومتر و VR=5 فولت. هذا هو التيار الضوئي المتولد عندما يكون الصمام الثنائي في حالة انحياز عكسي، وهو وضع التشغيل النموذجي للتطبيقات عالية السرعة.
• التيار العكسي المظلم (ID):10 نانو أمبير كحد أقصى عند VR=10 فولت في ظلام تام. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق حتى في حالة عدم وجود ضوء.
• جهد الانهيار العكسي (BVR):32 فولت كحد أدنى، 170 فولت نموذجي مقاس عند تيار عكسي (IR) بقدرة 100 ميكرو أمبير في الظلام.
• زمن الصعود/الهبوط (tr, tf):عادة 10 نانو ثانية لكل منهما تحت VR=5 فولت و RL=1000 أوم. هذا يحدد سرعة تبديل الصمام الثنائي الضوئي.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):عادة 130 درجة عند VR=5 فولت. هذا يشير إلى مجال رؤية واسع للكشف الضوئي.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لمهندسي التصميم.

3.1 الحساسية الطيفية

يُظهر منحنى الاستجابة الطيفية الحساسية النسبية للصمام الثنائي الضوئي عبر أطوال موجية مختلفة. يؤكد الحساسية القصوى حول 940 نانومتر، مع استجابة مفيدة من 730 نانومتر إلى 1100 نانومتر. هذا يجعله مطابقًا مثاليًا لبواعث الأشعة تحت الحمراء مثل تلك ذات أطوال موجية 850 نانومتر أو 940 نانومتر الشائعة الاستخدام في أجهزة التحكم عن بُعد، ومستشعرات القرب، وروابط اتصالات البيانات.

3.2 التيار المظلم مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح هذا المنحنى كيف يزداد التيار المظلم (ID) بشكل أسي مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. عند 25°C، يكون أقل من 10 نانو أمبير، ولكنه يمكن أن يرتفع بشكل ملحوظ في درجات الحرارة الأعلى (مثل 85°C). يجب على المصممين مراعاة زيادة مستوى الضوضاء هذا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية أو عندما تحتاج إلى اكتشاف مستويات ضوء منخفضة جدًا.

3.3 التيار الضوئي العكسي مقابل الإشعاع الضوئي

يُظهر هذا الرسم البياني العلاقة الخطية بين التيار الضوئي العكسي (IL) والإشعاع الضوئي الساقط (Ee). يُظهر الصمام الثنائي الضوئي خطية جيدة، مما يعني أن تيار الخرج يتناسب طرديًا مع شدة الضوء عبر نطاق تشغيله. هذا أمر بالغ الأهمية لتطبيقات الاستشعار الضوئي التناظرية حيث تكون هناك حاجة لقياس دقيق للشدة.

3.4 السعة الطرفية مقابل الجهد العكسي

تقل سعة الوصلة مع زيادة جهد الانحياز العكسي (VR). السعة الأقل مرغوبة للتشغيل عالي السرعة لأنها تقلل ثابت الوقت RC للدائرة. يُظهر المنحنى أن تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى (مثل 10 فولت بدلاً من 5 فولت) يمكن أن يقلل السعة بشكل كبير، وبالتالي يحسن عرض النطاق الترددي وزمن الاستجابة.

3.5 زمن الاستجابة مقابل مقاومة الحمل

يوضح هذا المنحنى المقايضة بين سرعة الاستجابة وسعة الإشارة. يزداد زمن الصعود/الهبوط مع مقاومة الحمل الأعلى (RL). للحصول على أسرع استجابة، يجب استخدام مقاوم حمل منخفض القيمة (مثل 50 أوم)، ولكن هذا سينتج إشارة جهد أصغر. غالبًا ما يتم استخدام مضخم المعاوقة العابرة للتغلب على هذا القيد، مما يوفر سرعة عالية وكسب إشارة جيد.

3.6 التيار الضوئي النسبي مقابل الإزاحة الزاوية

يصف هذا الرسم البياني الحساسية الزاوية للصمام الثنائي الضوئي. تم تأكيد زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة، مما يُظهر أن الإشارة المكتشفة تظل مرتفعة نسبيًا حتى للضوء الساقط بزوايا كبيرة بعيدًا عن المحور المركزي. هذا مفيد للتطبيقات حيث لا يكون المحاذاة مثالية أو حيث تكون هناك حاجة إلى مجال كشف واسع.

4. معلومات الميكانيكا والعبوة

4.1 أبعاد العبوة

يأتي PD15-22B/TR8 في عبوة SMD مدمجة. الأبعاد الرئيسية هي كما يلي (جميعها بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك):

• الطول الإجمالي: 4.0 مم
• العرض الإجمالي: 3.5 مم
• الارتفاع الإجمالي: 1.65 مم (نموذجي، من مستوى الجلوس إلى قمة العدسة)
• عرض الرصاص: 1.55 مم ±0.05 مم
• تباعد الرصاص: 2.95 مم
• يتم توفير توصيات نمط أرضية الطرف لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة.

يتم تحديد الأنود والكاثود بوضوح في رسم العبوة. الطرف 1 هو الكاثود.

4.2 أبعاد الشريط الحامل والبكرة

يتم توريد الجهاز على شريط وبكرة للتجميع الآلي. تحتوي البكرة على 2000 قطعة. يتم توفير أبعاد مفصلة لجيوب الشريط الحامل والبكرة لضمان التوافق مع معدات الالتقاط والوضع القياسية.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

الصمام الثنائي الضوئي حساس للرطوبة. يجب اتخاذ احتياطات لمنع التلف أثناء التخزين والتعامل.

• لا تفتح الكيس المقاوم للرطوبة حتى تصبح جاهزًا للاستخدام.
• قبل الفتح، قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية.
• استخدم خلال عام واحد من الشحن.
• بعد الفتح، قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
• استخدم خلال 168 ساعة (7 أيام) بعد فتح الكيس.
• إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى الرطوبة، قم بالتحميص عند 60 ±5°C لمدة لا تقل عن 24 ساعة قبل الاستخدام.

5.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص الموصى به. تشمل المعلمات الرئيسية:

• منطقة التسخين المسبق والنقع.
• يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C.
• يجب التحكم في الوقت فوق 240°C.
• يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين.
• تجنب الإجهاد الميكانيكي على المكون أثناء التسخين.
• لا تشوه لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.

5.3 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350°C.
• حدد وقت التلامس إلى ≤3 ثوانٍ لكل طرف.
• استخدم مكواة بقدرة تصنيفية <25 واط.
• اسمح بفترة تبريد >2 ثانية بين لحام كل طرف.
• لا يُوصى بالإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، استخدم مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتقليل الإجهاد الحراري. تحقق من وظيفة الجهاز بعد أي إصلاح.

6. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 التطبيقات النموذجية

• كاشف ضوئي عالي السرعة:مناسب لروابط البيانات الضوئية، والمشفرات، وكشف الليزر نظرًا لوقت استجابته البالغ 10 نانو ثانية.
• النساخ والماسحات الضوئية:يستخدم للكشف عن وجود المستندات، وكشف الحواف، واستشعار كثافة الحبر.
• آلات الألعاب والإلكترونيات الاستهلاكية:يستخدم في استشعار القرب، والتعرف على الإيماءات، ومستقبلات التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء.

6.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• الحد من التيار/الحماية:تحذر ورقة البيانات صراحةً من أنه يجب استخدام مقاوم خارجي على التوالي للحماية. يمكن أن يتسبب تحول طفيف في الجهد في تغير كبير في التيار، مما قد يؤدي إلى الاحتراق. يحد هذا المقاوم من التيار عبر الصمام الثنائي.
• الانحياز للسرعة:للحصول على أفضل أداء عالي السرعة، قم بتشغيل الصمام الثنائي الضوئي في وضع الانحياز العكسي (وضع التوصيل الضوئي). سيقلل الجهد العكسي الأعلى (حتى الحد الأقصى المسموح به) من سعة الوصلة ويحسن وقت الاستجابة، كما هو موضح في المنحنيات المميزة.
• طوبولوجيا الدائرة:لتحويل التيار الضوئي إلى جهد، فكر في استخدام مضخم المعاوقة العابرة (TIA). يوفر هذا التكوين معاوقة دخل منخفضة (مما يحافظ على جهد الصمام الثنائي الضوئي ثابتًا، مما يقلل من تعديل السعة)، وعرض نطاق ترددي عالٍ، وكسب قابل للتحكم. سيحدد اختيار مقاوم التغذية المرتدة وعرض النطاق الترددي للمضخم الأداء العام للنظام.
• التصميم الضوئي:تساعد العدسة السوداء في تقليل حساسية الضوء الشارد. تأكد من أن المسار الضوئي نظيف وخالٍ من العوائق. توفر زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة مرونة في المحاذاة الميكانيكية.
• إدارة الحرارة:ضع في اعتبارك زيادة التيار المظلم مع درجة الحرارة، خاصة في التطبيقات عالية الدقة أو ذات درجات الحرارة العالية. قد تكون هناك حاجة لدوائر تعويض درجة الحرارة.

7. معلومات التعبئة والطلب

تتضمن إجراءات التعبئة القياسية وضع البكرات في كيس مقاوم للرطوبة من الألومنيوم مع مجفف وملصقات مناسبة. يتضمن الملصق حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، والكمية (QTY)، والرتب (CAT)، وطول موجة الذروة (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.)، ومكان الإنتاج.

يؤكد دليل اختيار الجهاز أن الطراز PD15-22B/TR8 يستخدم شريحة سليكونية وله عدسة سوداء.

8. المقارنة التقنية والتحديد

يضع PD15-22B/TR8 نفسه كصمام ثنائي ضوئي سليكوني من نوع PIN عالي السرعة للأغراض العامة في عبوة SMD قياسية. عوامل التمييز الرئيسية هي مزيجه المتوازن من السرعة (10 نانو ثانية)، والحساسية، وزاوية الرؤية الواسعة، والامتثال البيئي القوي (RoHS، خالٍ من الهالوجين). مقارنةً بالصمامات الثنائية الضوئية الأبطأ أو الترانزستورات الضوئية، فإنه يوفر أداءً فائقًا لكشف الضوء النبضي. مقارنةً بالصمامات الثنائية الضوئية فائقة السرعة الأكثر تخصصًا، فإنه يوفر حلاً فعالاً من حيث التكلفة للتطبيقات السائدة التي تتطلب أوقات استجابة في نطاق النانو ثانية. تمثل العدسة السوداء ميزة على الإصدارات ذات العدسات الشفافة في البيئات ذات الضوء المحيط، لأنها تساعد في قمع الإشارات غير المرغوب فيها.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين تيار الدائرة القصيرة (ISC) والتيار الضوئي العكسي (IL)؟

ج: يتم قياس ISC بجهد صفري عبر الصمام الثنائي (حالة الدائرة القصيرة). يتم قياس IL مع تطبيق جهد انحياز عكسي (مثل 5 فولت). IL هو عادةً المعلمة المستخدمة في تصميم الدوائر حيث يتم تشغيل الصمامات الثنائية الضوئية عادةً في انحياز عكسي من أجل الخطية والسرعة.

س: لماذا المقاوم على التوالي إلزامي؟

ج: خاصية الجهد-التيار للصمام الثنائي الضوئي شديدة الانحدار في الاتجاه الأمامي. يمكن أن يتسبب زيادة طفيفة في الجهد الأمامي في تدفق تيار كبير جدًا، وربما مدمر. يحدد المقاوم على التوالي هذا التيار إلى قيمة آمنة.

س: كيف أختار جهد التشغيل العكسي؟

ج: يتضمن ذلك مقايضة. يقلل الجهد العكسي الأعلى (مثل 10-20 فولت) من السعة لاستجابة أسرع ولكنه يزيد التيار المظلم قليلاً ويستهلك المزيد من الطاقة. الجهد الأقل (مثل 5 فولت) كافٍ للعديد من التطبيقات ويبقي التيار المظلم في حدوده الدنيا. راجع منحنى السعة مقابل الجهد.

س: هل يمكن لهذا الصمام الثنائي الضوئي اكتشاف الضوء المرئي؟

ج: نعم، يبدأ نطاقه الطيفي من 730 نانومتر، وهو في الجزء الأحمر العميق من الطيف المرئي. ومع ذلك، فإن حساسيته القصوى تكون في الأشعة تحت الحمراء القريبة (940 نانومتر)، لذا ستكون استجابيته للضوء المرئي (خاصة الأزرق والأخضر) أقل من استجابيته للضوء تحت الأحمر.

10. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الضوئي PIN هو جهاز أشباه موصلات يحول الضوء إلى تيار كهربائي. يتكون من منطقة جوهرية (I) واسعة ومنخفضة التشويب محصورة بين منطقة أشباه موصلات من النوع P ومنطقة من النوع N (مشكلة هيكل P-I-N). عندما تضرب الفوتونات ذات الطاقة الكافية المنطقة الجوهرية، فإنها تخلق أزواجًا من الإلكترونات والثقوب. تحت تأثير مجال كهربائي داخلي (غالبًا ما يتم تعزيزه بواسطة جهد انحياز عكسي خارجي)، يتم فصل حاملات الشحن هذه، مما يولد تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تسمح المنطقة الجوهرية الواسعة بكفاءة كمومية أعلى (امتصاص أكثر للضوء) وسعة وصلة أقل مقارنة بالصمام الثنائي الضوئي PN القياسي، مما يترجم مباشرة إلى حساسية أعلى وأوقات استجابة أسرع.

11. اتجاهات الصناعة

يتم دفع الطلب على الصمامات الثنائية الضوئية مثل PD15-22B/TR8 من خلال عدة اتجاهات مستمرة. يؤدي انتشار إنترنت الأشياء (IoT) والأجهزة الذكية إلى زيادة الحاجة إلى مستشعرات الضوء المحيط، ومستشعرات القرب، وروابط الاتصال الضوئية البسيطة. يعتمد التشغيل الآلي في القطاعات الصناعية والاستهلاكية على المشفرات الضوئية ومستشعرات كشف الأجسام. هناك دفع مستمر نحو التصغير، مما يؤدي إلى عبوات SMD أصغر، وللتكامل الأعلى، حيث يتم دمج الصمامات الثنائية الضوئية مع دوائر التضخيم وتكييف الإشارة في وحدات مفردة. علاوة على ذلك، فإن التركيز على كفاءة الطاقة والمسؤولية البيئية يجعل الامتثال لمعايير مثل RoHS والتصنيع الخالي من الهالوجين متطلبًا أساسيًا للمكونات المستخدمة في الأسواق العالمية.