Fiche technique de la photodiode PD204-6B - Diamètre 3mm - Tension inverse 32V - Sensibilité de crête 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD204-6B est une photodiode PIN au silicium haute performance conçue pour les applications nécessitant une réponse rapide et une sensibilité élevée à la lumière dans le spectre visible et proche infrarouge. Logé dans un boîtier plastique noir standard de 3 mm de diamètre, ce dispositif est conçu pour fournir des capacités de détection optique fiables. Sa réponse spectrale est spécifiquement adaptée pour compléter les diodes électroluminescentes visibles et infrarouges (IRED), ce qui en fait un composant récepteur idéal dans les systèmes optoélectroniques. Le dispositif est fabriqué avec des matériaux sans plomb et est conforme aux réglementations environnementales pertinentes, garantissant ainsi son adéquation pour la fabrication électronique moderne.

2. Caractéristiques clés et avantages fondamentaux

Le PD204-6B se distingue par plusieurs caractéristiques de performance critiques répondant aux applications de détection exigeantes.

• Temps de réponse rapide :Le dispositif présente un temps de montée/descente typique de 6 nanosecondes (dans des conditions de test spécifiées de VR=10V, RL=100Ω), lui permettant de détecter les changements rapides d'intensité lumineuse. Ceci est crucial pour les applications impliquant la transmission de données, la détection d'objets et les mesures sensibles au temps.
• Haute sensibilité photoélectrique :Avec un courant de court-circuit typique (I_SC) de 3,0 μA sous un éclairement de 1 mW/cm² à 940nm, la photodiode fournit un signal électrique fort à partir de faibles niveaux de lumière, améliorant le rapport signal/bruit et la fiabilité du système.
• Faible capacité de jonction :Une capacité totale typique basse (C_t) de 5 pF à VR=5V et 1MHz contribue au temps de réponse rapide et permet un fonctionnement dans des circuits à bande passante plus élevée sans dégradation significative du signal.
• Construction robuste :Le dispositif est doté d'une lentille noire, ce qui aide à minimiser les interférences indésirables de la lumière ambiante, et est conditionné dans un format durable et standard de l'industrie de 3mm.
• Conformité environnementale :Le produit est sans plomb et conçu pour rester conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE, répondant ainsi aux normes environnementales et de sécurité mondiales.

3. Analyse approfondie des paramètres techniques

Comprendre les spécifications électriques et optiques est essentiel pour une conception et une intégration correctes du circuit.

3.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement doit toujours être maintenu dans ces limites.

• Tension inverse (V_R) :32 V. C'est la tension maximale qui peut être appliquée en polarisation inverse aux bornes de la photodiode.
• Puissance dissipée (P_C) :150 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins. Cette valeur diminue avec l'augmentation de la température ambiante, comme le montre la courbe de déclassement.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C. Le dispositif est spécifié pour fonctionner correctement dans cette large plage de température industrielle.
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C.
• Température de soudure (T_sol) :260°C. Ceci guide les paramètres du processus de soudure par refusion.

3.2 Caractéristiques électro-optiques (Ta=25°C)

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales. Les valeurs typiques représentent le centre de la distribution, tandis que les valeurs minimales et maximales définissent les limites garanties.

• Réponse spectrale :La photodiode est sensible sur une plage d'environ 840 nm à 1100 nm (aux points de réponse relative de 0,5), avec une sensibilité de crête (λ_P) à 940 nm. Cela la rend parfaitement adaptée pour être associée à des LED infrarouges de 940nm.
• Génération de photocourant :
  • Courant de court-circuit (I_SC) :Typ. 3,0 μA à E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. C'est le courant généré avec une tension nulle aux bornes de la diode (mode photovoltaïque).
  • Courant lumineux inverse (I_L) :Min. 1,0 μA, Typ. 3,0 μA à E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V. C'est le courant lorsque la diode est polarisée en inverse, ce qui est le mode de fonctionnement le plus courant pour la vitesse et la linéarité.
• Courant d'obscurité (I_D) :Max. 10 nA à V_R=10V, E_e=0mW/cm². C'est le faible courant de fuite qui circule en l'absence de lumière. Un faible courant d'obscurité est crucial pour détecter les signaux lumineux faibles.
• Tension en circuit ouvert (V_OC) :Typ. 0,42 V à E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. C'est la tension générée aux bornes d'un circuit ouvert sous éclairement.
• Capacité (C_t) :Typ. 5 pF à V_R=5V, f=1MHz. Cette capacité de jonction affecte la constante de temps RC et donc la bande passante du circuit de détection.
• Vitesse de réponse (t_r/t_f) :Typ. 6 ns à V_R=10V, R_L=100Ω. Définit la rapidité avec laquelle le courant de sortie peut suivre un changement de la lumière d'entrée.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques donnent un aperçu de la façon dont les paramètres varient avec les conditions de fonctionnement.

4.1 Puissance dissipée vs Température ambiante

La courbe de déclassement montre que la puissance dissipée maximale autorisée diminue linéairement lorsque la température ambiante dépasse 25°C. Les concepteurs doivent s'assurer que le point de fonctionnement (tension inverse * photocourant + courant d'obscurité) ne dépasse pas cette courbe pour éviter une surcharge thermique.

4.2 Sensibilité spectrale

La courbe de réponse spectrale illustre la sensibilité relative de la photodiode en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme le pic à 940nm et la bande passante utile d'environ 840nm à 1100nm. Le matériau de la lentille noire façonne cette réponse, filtrant certaines longueurs d'onde plus courtes.

5. Informations mécaniques et de boîtier

Le PD204-6B utilise un boîtier radial standard de 3 mm de diamètre.

5.1 Dimensions du boîtier

Le dessin dimensionnel fournit les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB et l'intégration mécanique. Les dimensions clés incluent le diamètre total (3mm), l'espacement des broches, le diamètre des broches et la hauteur du composant. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,25mm. La cathode est généralement identifiée par une broche plus longue ou un méplat sur le bord du boîtier.

5.2 Identification de la polarité

La polarité correcte est essentielle. Le dispositif est une diode. L'anode est généralement la broche la plus courte ou la broche adjacente au côté plat du boîtier. L'application d'une polarisation inverse (tension positive sur la cathode, négative sur l'anode) est la condition de fonctionnement standard pour le mode photoconducteur.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

• Soudure par refusion :La température de soudure maximale est spécifiée à 260°C. Les profils de refusion standard par infrarouge ou convection pour les assemblages sans plomb sont applicables. Le temps au-dessus du liquidus doit être contrôlé selon les normes de l'industrie pour éviter d'endommager le boîtier.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, utilisez un fer à souder à température contrôlée. Limitez le temps de contact à moins de 3 secondes par broche à une température ne dépassant pas 350°C pour éviter les contraintes thermiques sur le boîtier plastique et la puce semi-conductrice interne.
• Nettoyage :Utilisez des agents de nettoyage compatibles avec le matériau époxy plastique noir. Évitez le nettoyage par ultrasons sauf s'il est vérifié comme sûr pour le composant.
• Conditions de stockage :Stockez dans un environnement sec et inerte dans la plage de température spécifiée de -40°C à +100°C. Utilisez dans les 12 mois suivant la date d'expédition pour garantir la conformité aux spécifications publiées.

7. Informations d'emballage et de commande

7.1 Spécifications d'emballage

Le produit est emballé dans des sacs antistatiques. La quantité d'emballage standard est de 200 à 1000 pièces par sac. Quatre sacs sont emballés dans un carton intérieur, et un carton intérieur est expédié dans un carton extérieur.

7.2 Informations d'étiquetage

L'étiquette du sac contient des informations essentielles de traçabilité et de produit, y compris le numéro de pièce (P/N), la quantité (QTY), le numéro de lot (LOT No.) et le code date. Le produit n'est pas trié ou classé pour des paramètres spécifiques comme l'intensité lumineuse ou la longueur d'onde ; il est fourni conformément au tableau standard des caractéristiques électro-optiques.

8. Suggestions d'application

8.1 Circuits d'application typiques

Le PD204-6B est couramment utilisé dans deux configurations de circuit principales :

1. Mode photoconducteur (polarisation inverse) :C'est le mode préféré pour un fonctionnement rapide et linéaire. Une tension de polarisation inverse (par exemple, 5V à 10V, restant en dessous de V_R=32V) est appliquée. Le photocourant (I_L) circule à travers une résistance de charge (R_L). La chute de tension aux bornes de R_Lest le signal de sortie. Un R_Lplus petit donne une réponse plus rapide mais une tension de sortie plus faible. Un amplificateur de transimpédance (TIA) est souvent utilisé pour convertir le photocourant en tension avec un gain et une bande passante élevés.
2. Mode photovoltaïque (polarisation nulle) :La photodiode est connectée directement à une charge à haute impédance (comme une entrée d'ampli-op). Elle génère une tension (V_OC) proportionnelle à l'intensité lumineuse. Ce mode offre un faible bruit mais a une réponse plus lente et est moins linéaire.

8.2 Considérations de conception

• Polarisation :Pour une vitesse et une linéarité optimales, fonctionnez en polarisation inverse. Assurez-vous que la tension de polarisation plus toute tension de signal ne dépasse pas le maximum de 32V.
• Bande passante et charge :La capacité totale (photodiode + entrée de l'amplificateur) et la résistance de charge forment le pôle dominant limitant la bande passante (BW ≈ 1/(2πRC)). Choisissez R_Lou la résistance de rétroaction du TIA en conséquence.
• Rejet de la lumière ambiante :La lentille noire aide, mais pour les environnements à forte lumière ambiante, envisagez un filtrage optique (par exemple, un filtre passe-bande 940nm) et modulez la source IR avec une détection synchrone.
• Conception du PCB :Placez la photodiode près de l'entrée de l'amplificateur pour minimiser la capacité parasite et la captation de bruit. Utilisez un plan de masse pour le blindage. Découplez l'alimentation de polarisation avec un condensateur placé près du dispositif.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux phototransistors, la photodiode PIN PD204-6B offre des temps de réponse nettement plus rapides (nanosecondes vs microsecondes) et une meilleure linéarité sur une large plage d'intensité lumineuse. Elle n'a pas de gain interne, ce qui se traduit par un courant de sortie plus faible mais aussi une dépendance à la température plus faible et des performances plus prévisibles. Comparée à d'autres photodiodes, sa combinaison de boîtier 3mm, de sensibilité de crête à 940nm, de tension inverse de 32V et de vitesse rapide en fait un choix polyvalent pour la détection IR générale.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre I_SCet I_L?

R : I_SC(Courant de court-circuit) est mesuré avec zéro volt aux bornes de la diode. I_L(Courant lumineux inverse) est mesuré avec une tension de polarisation inverse spécifiée appliquée. I_Lest typiquement très proche de I_SCet est le paramètre utilisé pour la conception dans le mode de polarisation inverse courant.

Q : Comment convertir le photocourant en une tension utilisable ?

R : La méthode la plus simple est une résistance de charge (V_out= I_L* R_L). Pour de meilleures performances, utilisez un amplificateur de transimpédance, qui fournit une masse virtuelle à faible impédance à la cathode de la photodiode, maximisant la vitesse et la linéarité, et donne V_out= -I_L* R_feedback.

Q : Puis-je l'utiliser avec une source de lumière visible ?

R : Oui, mais avec une sensibilité réduite. La courbe de réponse spectrale montre qu'elle est sensible jusqu'aux longueurs d'onde visibles, mais son pic est dans l'infrarouge. Pour des performances optimales avec une source visible, une photodiode avec un pic dans le spectre visible (par exemple, 550-650nm) serait plus adaptée.

Q : Quel est le but du test de tension de claquage inverse (V_BR) ?

R : C'est un test de qualité et de robustesse, indiquant la tension à laquelle la diode entre en claquage par avalanche. Le fonctionnement normal doit toujours être bien en dessous de cette valeur (utilisant typiquement V_Rde 5V-10V).

11. Exemples d'applications pratiques

Exemple 1 : Capteur de proximité d'objet dans une porte automatique.Une LED IR (940nm) et le PD204-6B sont placés de part et d'autre d'une porte. Lorsque le faisceau n'est pas interrompu, un photocourant stable est détecté. Lorsqu'une personne coupe le faisceau, la chute du photocourant déclenche le mécanisme d'ouverture de la porte. La réponse rapide du PD204-6B assure une détection immédiate.

Exemple 2 : Détection de papier dans un photocopieur.La photodiode peut être utilisée pour détecter la présence ou l'absence de papier en réfléchissant un faisceau IR sur la surface du papier. La haute sensibilité lui permet de fonctionner avec des papiers à faible réflectivité, et le petit boîtier s'adapte aux espaces restreints.

Exemple 3 : Liaison de données simple.En modulant une LED IR à une fréquence dans la bande passante de la photodiode (qui peut atteindre plusieurs MHz avec une conception de circuit appropriée), le PD204-6B peut être utilisé pour une communication sans fil à courte portée et à faible débit de données, comme dans les télécommandes ou la télémétrie de capteurs.

12. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur avec une large région intrinsèque (I) légèrement dopée prise en sandwich entre des régions de type P et de type N. Lorsque des photons dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du semi-conducteur sont absorbés dans la région intrinsèque, ils créent des paires électron-trou. Sous l'influence d'un potentiel interne intégré (en mode photovoltaïque) ou d'un champ électrique de polarisation inverse appliqué (en mode photoconducteur), ces porteurs de charge sont séparés, générant un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque réduit la capacité de jonction (permettant une haute vitesse) et augmente le volume d'absorption des photons (améliorant la sensibilité).

13. Tendances et contexte industriel

Les photodiodes comme le PD204-6B sont des composants fondamentaux dans le domaine en croissance de l'optoélectronique et de la détection. Les tendances incluent une intégration croissante avec l'amplification et le conditionnement de signal sur puce (par exemple, dans les capteurs optiques intégrés), des demandes de vitesse plus élevée pour supporter le LiDAR et les communications optiques, et des exigences de tailles de boîtier plus petites pour l'électronique grand public et les appareils IoT. Il y a également une volonté continue d'améliorer les performances sur des plages de température plus larges et de réduire la consommation d'énergie. Les dispositifs avec des empreintes standard et des performances bien caractérisées, comme celui-ci, restent essentiels pour une vaste gamme d'applications de détection industrielles, commerciales et automobiles où la fiabilité et le rapport coût-efficacité sont primordiaux.

Avertissement : Les informations fournies dans ce document sont à titre de référence technique. Les concepteurs doivent vérifier tous les paramètres dans leurs conditions d'application spécifiques. Les valeurs maximales absolues ne doivent pas être dépassées. Le fabricant n'assume aucune responsabilité pour les applications non conformes aux spécifications fournies.