دیتاشیت فوتودیود 5 میلی‌متری PD333-3B/L3 - قطر 5 میلی‌متر - لنز مشکی - حساسیت بالا - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

PD333-3B/L3 یک فوتودیود سیلیکونی PIN با عملکرد بالا است که در یک بسته‌بندی پلاستیکی استاندارد با قطر 5 میلی‌متر کپسوله شده است. عملکرد اصلی آن تبدیل نور تابیده، به ویژه در طیف مادون قرمز، به جریان الکتریکی است. این قطعه با زمان پاسخ سریع و حساسیت نوری بالا شناخته می‌شود که آن را برای کاربردهای نیازمند تشخیص دقیق و سریع نور مناسب می‌سازد. ماده لنز اپوکسی مشکی، حساسیت بهینه به تابش مادون قرمز را تضمین می‌کند و در عین حال مقداری فیلتر کردن نور محیطی را فراهم می‌آورد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• زمان پاسخ سریع:امکان تشخیص سیگنال‌های نوری با تغییر سریع را فراهم می‌کند که برای ارتباطات و سنجش پرسرعت حیاتی است.
• حساسیت نوری بالا:سیگنال الکتریکی قوی از سطوح نور کم ارائه می‌دهد و نسبت سیگنال به نویز را بهبود می‌بخشد.
• ظرفیت اتصال کوچک:به زمان پاسخ سریع کمک می‌کند و امکان کار در فرکانس‌های بالاتر را فراهم می‌آورد.
• مطابقت محیطی:محصول بدون سرب، مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و بدون هالوژن (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) است.
• بسته‌بندی استاندارد:فرم فاکتور 5 میلی‌متری به طور گسترده استفاده می‌شود و با سخت‌افزارهای نصب رایج سازگار است.

1.2 کاربردهای هدف

این فوتودیود برای استفاده در سیستم‌های الکترونیکی مختلفی طراحی شده است که در آنها تشخیص قابل اعتماد نور از اهمیت بالایی برخوردار است.

• آشکارسازهای نوری پرسرعت (مانند در لینک‌های داده نوری، انکودرها).
• سیستم‌های امنیتی و نظارتی (مانند سنسورهای شکست پرتو، آشکارسازهای حرکت).
• سیستم‌های دوربین (مانند برای کنترل نوردهی، نورسنجی).
• سنسورهای اتوماسیون صنعتی.
• الکترونیک مصرفی با قابلیت سنجش مجاورت یا نور محیط.

2. مشخصات فنی و تحلیل عمیق

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آنها تضمین نمی‌شود.

پارامتر	نماد	مقدار	واحد
ولتاژ معکوس	VR	32	V
دمای کاری	TT_opr	-25 تا +85	°C
دمای انبارش	TT_stg	-40 تا +100	°C
دمای لحیم‌کاری	TT_sol	260	°C (برای مدت زمان محدود)
توان اتلافی	PC	150	mW

ملاحظه طراحی:مقدار ولتاژ معکوس 32 ولت، حاشیه ایمنی خوبی برای مدارهای بایاس معمولی فراهم می‌کند. مقدار دمای لحیم‌کاری نشان‌دهنده سازگاری با فرآیندهای ریفلو بدون سرب استاندارد است، اما زمان بالاتر از نقطه مایع لحیم باید کنترل شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (Ta=25°C)

این پارامترها عملکرد قطعه را تحت شرایط تست مشخص شده تعریف می‌کنند.

پارامتر	نماد	Min.	Typ.	Max.	واحد	شرایط تست
پهنای باند طیفی (0.5 پاسخ‌دهی)	λ0.5	840	--	1100	nm	--
طول موج حساسیت اوج	λP	--	940	--	nm	--
ولتاژ مدار باز	VOC	--	0.44	--	V	EeE_e=5mW/cm², λ=940nmpV_OC
جریان اتصال کوتاه	ISC	--	10	--	μA	EeE_e=1mW/cm², λ=940nmpI_SC
جریان نور معکوس	IL	10	--	--	μA	EeE_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5VpI_LRV_R
جریان تاریک معکوس	ID	--	--	10	nA	EeE_e=0mW/cm², V_R=10VRI_D
ولتاژ شکست معکوس	VBR	32	170	--	V	EeE_e=0mW/cm², I_R=100μARV_BR
ظرفیت کل	Ct	--	10	--	pF	EeE_e=0mW/cm², V_R=5V, f=1MHzRC_T
زمان صعود / نزول	trt_r / t_ff	--	10	--	ns	VRV_R=10V, R_L=100ΩLR_L

تحلیل فنی:پاسخ طیفی از 840 نانومتر تا 1100 نانومتر، با اوج در 940 نانومتر، به وضوح این قطعه را به عنوان یک دستگاه حساس به مادون قرمز شناسایی می‌کند. جریان نور معمولی 10 میکروآمپر در تابندگی 1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع، حساسیت آن را تعریف می‌کند. جریان تاریک کم (حداکثر 10 نانوآمپر) برای تشخیص سیگنال‌های ضعیف حیاتی است. زمان پاسخ 10 نانوثانیه، قابلیت آن برای کاربردهای پرسرعت را تأیید می‌کند. ظرفیت اتصال 10 پیکوفاراد، عامل کلیدی تعیین کننده ثابت زمانی RC مدار تشخیص است.

2.3 سیستم دسته‌بندی (رتبه I_LL)

فوتودیودها بر اساس جریان نور معکوس (I_LL) اندازه‌گیری شده تحت شرایط استاندارد (E_ee=1mW/cm², λ_p=940nm, V_RR=5V) دسته‌بندی می‌شوند. این امر ثبات در حساسیت برای دسته‌های تولیدی را تضمین می‌کند.

شماره دسته	BIN1	BIN2	BIN3	BIN4
حداقل ILL (μA)	10	20	30	40
حداکثر ILL (μA)	20	30	40	50

پیامد طراحی:برای کاربردهایی که نیازمند تطابق دقیق حساسیت در بین چندین سنسور هستند، ممکن است مشخص کردن یک دسته خاص یا ترکیبی از دسته‌ها برای حفظ یکنواختی عملکرد سیستم ضروری باشد.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد پارامترهای کلیدی چگونه با شرایط کاری تغییر می‌کنند.

3.1 حساسیت طیفی

منحنی پاسخ طیفی، حساسیت نسبی دستگاه را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد. این منحنی در 940 نانومتر (نزدیک مادون قرمز) به اوج می‌رسد و پاسخ قابل توجهی بین تقریباً 840 نانومتر و 1100 نانومتر دارد. این ویژگی آن را برای استفاده با LEDهای مادون قرمز رایج 850 نانومتر یا 940 نانومتر ایده‌آل می‌سازد. لنز مشکی به تضعیف نور مرئی کمک می‌کند و نویز از منابع محیطی را کاهش می‌دهد.

3.2 وابستگی به دما

دو منحنی کلیدی اثرات دما را نشان می‌دهند:جریان تاریک معکوس در مقابل دمای محیط:جریان تاریک (I_DD) به صورت نمایی با دما افزایش می‌یابد. این یک ویژگی بنیادی نیمه‌هادی است. در دماهای بالا (مثلاً نزدیک حداکثر دمای کاری 85 درجه سانتی‌گراد)، جریان تاریک می‌تواند قابل توجه شود و به طور بالقوه سیگنال‌های نوری ضعیف را پنهان کند. طراحان باید این موضوع را در محیط‌های با دمای بالا در نظر بگیرند.توان اتلافی در مقابل دمای محیط:حداکثر توان اتلافی مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این منحنی کاهش رتبه برای اطمینان از عدم گرمای بیش از حد دستگاه تحت بار الکتریکی خودش ضروری است، اگرچه برای فوتودیودهایی که عمدتاً در حالت فوتوولتائیک یا جریان کم کار می‌کنند، این موضوع اغلب کمتر از دستگاه‌های قدرت حیاتی است.

3.3 خطی‌بودن و پاسخ دینامیکی

جریان نور معکوس در مقابل تابندگی (E_ee):این منحنی معمولاً یک رابطه خطی بین توان نور تابیده و فوتوجریان تولید شده در چند دهه نشان می‌دهد. این خطی‌بودن یک مزیت کلیدی فوتودیودهای PIN برای کاربردهای اندازه‌گیری نور است.ظرفیت ترمینال در مقابل ولتاژ معکوس:ظرفیت اتصال (C_tT) با افزایش ولتاژ بایاس معکوس کاهش می‌یابد. ظرفیت کمتر منجر به ثابت زمانی RC کوچکتر و امکان پاسخ سریع‌تر مدار می‌شود. طراحان می‌توانند ولتاژ بایاس بالاتر (و در نتیجه جریان تاریک کمی بالاتر) را برای بهبود سرعت معامله کنند.زمان پاسخ در مقابل مقاومت بار:زمان صعود/نزول (t_rr/t_ff) با مقاومت بار بزرگتر (R_LL) به دلیل ثابت زمانی RC بزرگتر تشکیل شده توسط ظرفیت اتصال فوتودیود و بار، افزایش می‌یابد. برای کاربردهای پرسرعت، یک مقاومت بار با مقدار کم یا پیکربندی تقویت کننده ترانس‌امپدانس ترجیح داده می‌شود.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه از یک بسته‌بندی استاندارد رادیال با قطر 5 میلی‌متر استفاده می‌کند. نقشه ابعادی، قطر بدنه، فاصله پایه‌ها، قطر پایه و ابعاد کلی را مشخص می‌کند. یک تلرانس معمولی ±0.25 میلی‌متر اعمال می‌شود مگر اینکه در ابعاد خاصی خلاف آن ذکر شده باشد. بسته‌بندی از پلاستیک مشکی (اپوکسی) با یک لنز در بالا ساخته شده است.

4.2 شناسایی قطب‌ها

کاتد معمولاً توسط یک پایه بلندتر، یک نقطه صاف روی لبه بسته‌بندی یا علامت‌گذاری دیگر مطابق نقشه بسته‌بندی شناسایی می‌شود. هنگام اتصال دستگاه در یک مدار، قطبیت صحیح باید رعایت شود، به طوری که کاتد هنگام بایاس معکوس به ولتاژ مثبت‌تر متصل شود.

5. دستورالعمل‌های مونتاژ و نگهداری

5.1 لحیم‌کاری

دستگاه می‌تواند دمای اوج لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را تحمل کند که با پروفایل‌های ریفلو بدون سرب رایج هماهنگ است. با این حال، مدت زمان قرارگیری در معرض دماهای بالاتر از نقطه مایع لحیم باید به حداقل برسد تا از تنش حرارتی روی بسته‌بندی و تراشه نیمه‌هادی جلوگیری شود. لحیم‌کاری دستی با هویه کنترل دما نیز قابل قبول است، با رعایت احتیاط برای محدود کردن زمان گرم شدن پایه‌ها.

5.2 انبارش و جابجایی

دستگاه‌ها باید در کیسه‌های اصلی ضد رطوبت خود، در محیطی در محدوده دمای انبارش (40- تا 100+ درجه سانتی‌گراد) و با رطوبت کم نگهداری شوند. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی رعایت شود، زیرا اتصال نیمه‌هادی می‌تواند توسط الکتریسیته ساکن آسیب ببیند.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

فرمت بسته‌بندی استاندارد به شرح زیر است:

• 200 تا 500 قطعه در هر کیسه.
• 5 کیسه در هر جعبه داخلی.
• 10 جعبه در هر کارتن اصلی.

این بسته‌بندی فله برای خطوط مونتاژ خودکار مناسب است.

6.2 اطلاعات برچسب

برچسب محصول حاوی اطلاعات کلیدی برای ردیابی و شناسایی است:

• P/N:شماره محصول (مثلاً PD333-3B/L3).
• CAT:رتبه شدت نور (مربوط به دسته I_LL).
• LOT No:شماره دسته تولید برای قابلیت ردیابی.
• اطلاعات کد تاریخ.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 پیکربندی مدار

فوتودیودهای PIN می‌توانند در دو حالت اصلی استفاده شوند:حالت فوتوولتائیک (بایاس صفر):دیود به صورت خارجی بایاس نمی‌شود. هنگامی که روشن می‌شود، ولتاژ و جریان تولید می‌کند. این حالت جریان تاریک بسیار کم و خطی‌بودن خوبی در سطوح نور کم ارائه می‌دهد اما به دلیل ظرفیت اتصال بالاتر، پاسخ کندتری دارد.حالت فوتوهادی (بایاس معکوس):یک ولتاژ معکوس اعمال می‌شود. این کار ظرفیت اتصال را کاهش می‌دهد (سرعت پاسخ را افزایش می‌دهد) و ناحیه تخلیه را گسترش می‌دهد (بازدهی را بهبود می‌بخشد). این حالت ترجیحی برای کاربردهای پرسرعت و با خطی‌بودن بالا است، اگرچه جریان تاریک بالاتر است.

7.2 الکترونیک واسط

برای خروجی جریان، اغلب از یک تقویت کننده ترانس‌امپدانس (TIA) برای تبدیل جریان کوچک فوتودیود به یک سیگنال ولتاژ قابل استفاده استفاده می‌شود، در حالی که یک اتصال کوتاه مجازی در سراسر دیود حفظ می‌شود (آن را به طور مؤثر در بایاس صفر نگه می‌دارد). برای خروجی ولتاژ در حالت فوتوولتائیک، باید از یک تقویت کننده با امپدانس ورودی بالا (مانند op-amp ورودی JFET یا CMOS) برای جلوگیری از بارگذاری سیگنال استفاده شود.

7.3 ملاحظات نوری

برای حداکثر کردن عملکرد:

• منبع نور مادون قرمز را با طول موج حساسیت اوج (940 نانومتر) هم‌راستا کنید.
• از فیلترهای نوری مناسب برای مسدود کردن نور محیطی ناخواسته استفاده کنید، به ویژه اگر در محیط‌هایی با منابع نور مرئی قوی کار می‌کنید.
• حساسیت زاویه‌ای فوتودیود را در نظر بگیرید؛ لنز بسته‌بندی یک زاویه دید خاص دارد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فوتوترانزیستورها، فوتودیود PIN مدل PD333-3B/L3 موارد زیر را ارائه می‌دهد:

• پاسخ سریع‌تر:فوتودیودها ذاتاً سریع‌تر از فوتوترانزیستورها هستند زیرا فاقد اثرات ذخیره بار مرتبط با بهره ترانزیستور هستند.
• خطی‌بودن بهتر:فوتوجریان به طور خطی متناسب با شدت نور در محدوده وسیع‌تری است.
• نویز کمتر:به طور کلی عملکرد نویز کمتری دارد که برای تشخیص سیگنال‌های ضعیف مفید است.
• بدون بهره داخلی:فقط بهره واحد ارائه می‌دهد (ایده‌آل: یک جفت الکترون-حفره در هر فوتون) و نیاز به تقویت خارجی دارد، در حالی که فوتوترانزیستورها بهره جریان داخلی (بتا) ارائه می‌دهند.

انتخاب بستگی به نیاز کاربرد به سرعت/خطی‌بودن (فوتودیود) در مقابل حساسیت بالا با مدار ساده (فوتوترانزیستور) دارد.

9. پرسش‌های متداول (FAQs)

9.1 تفاوت بین پارامترهای I_SCSC و I_LL چیست؟

جریان اتصال کوتاه (I_SCSC):با ولتاژ صفر در سراسر دیود (حالت فوتوولتائیک) اندازه‌گیری می‌شود. این پارامتر حداکثر فوتوجریانی را نشان می‌دهد که دستگاه تحت روشنایی داده شده می‌تواند تولید کند.جریان نور معکوس (I_LL):با اعمال یک ولتاژ بایاس معکوس مشخص (حالت فوتوهادی) اندازه‌گیری می‌شود. این پارامتری است که برای سیستم دسته‌بندی استفاده می‌شود و اغلب جریان کاری مرتبط در مدارهای عملی است.

9.2 چگونه دسته (Bin) صحیح را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟

اگر طراحی مدار شما بهره ثابتی دارد و برای یک ورودی نور معین نیاز به سطح سیگنال خروجی خاصی دارد، دسته‌ای را انتخاب کنید که محدوده I_LL لازم را ارائه می‌دهد. برای کاربردهایی که از فیدبک یا کنترل بهره خودکار استفاده می‌کنند، یک دسته وسیع‌تر یا هر دسته‌ای ممکن است قابل قبول باشد. برای آرایه‌های چند سنسوری، مشخص کردن یک دسته تنگ واحد، یکنواختی را تضمین می‌کند.

9.3 آیا این سنسور برای تشخیص نور مرئی قابل استفاده است؟

اگرچه این سنسور مقداری حساسیت باقیمانده در طیف قرمز مرئی (نزدیک 700 نانومتر) دارد، پاسخ آن برای نزدیک مادون قرمز (1100-840 نانومتر) بهینه شده است. لنز مشکی نور مرئی را بیشتر تضعیف می‌کند. برای تشخیص اصلی نور مرئی، یک فوتودیود با لنز شفاف و اوج طیفی در محدوده مرئی (مثلاً 550 نانومتر برای سبز) مناسب‌تر خواهد بود.

10. اصل عملکرد

یک فوتودیود PIN یک دستگاه نیمه‌هادی با یک ناحیه ذاتی (I) وسیع و کم‌دوپ شده است که بین ناحیه‌های نوع P و نوع N قرار گرفته است. هنگامی که فوتون‌هایی با انرژی بیشتر از گاف انرژی نیمه‌هادی در ناحیه ذاتی جذب می‌شوند، جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند. تحت تأثیر میدان الکتریکی داخلی (در حالت فوتوولتائیک) یا میدان بایاس معکوس اعمال شده (در حالت فوتوهادی)، این حامل‌های بار از هم جدا می‌شوند و یک فوتوجریان قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند که با شدت نور تابیده متناسب است. ناحیه ذاتی وسیع امکان جذب کارآمد فوتون را فراهم می‌کند و ظرفیت اتصال را کاهش می‌دهد که امکان عملکرد پرسرعت را فراهم می‌آورد.

11. روندهای صنعت

بازار فوتودیودهای مادون قرمز به دلیل کاربردهای آن در زمینه‌های زیر همچنان در حال رشد است:

• خودرو:LiDAR برای رانندگی خودکار، سنجش اشغال صندلی در کابین.
• الکترونیک مصرفی:سنسورهای مجاورت، تشخیص چهره، نظارت بر ضربان قلب در پوشیدنی‌ها.
• اینترنت اشیاء صنعتی:بینایی ماشین، نظارت بر وضعیت، سنجش سطح.
• ارتباطات:لینک‌های داده نوری برد کوتاه (VLC, IRDA).

روندها شامل کوچک‌سازی بیشتر (حرکت به سمت بسته‌بندی‌های در مقیاس تراشه)، ادغام با تقویت و پردازش سیگنال روی تراشه (ایجاد سنسورهای نوری هوشمند) و بهبود معیارهای عملکردی مانند جریان تاریک کمتر و سرعت بالاتر برای پاسخگویی به نیازهای فناوری‌های نوظهور مانند سنجش زمان پرواز (ToF) است.

سلب مسئولیت: اطلاعات ارائه شده در این سند فنی بر اساس دیتاشیت مرجع است و تنها برای اهداف اطلاعاتی می‌باشد. مشخصات ممکن است تغییر کنند. برای کار طراحی حیاتی، همیشه به جدیدترین مستندات رسمی مراجعه کنید. نمودارها و مقادیر معمولی، مشخصات تضمین شده را نشان نمی‌دهند. سازنده هیچ مسئولیتی در قبال کاربردهایی که به محدوده‌های حداکثر مطلق یا دستورالعمل‌های استفاده صحیح پایبند نیستند، نمی‌پذیرد.