Fiche technique Phototransistor PD204-6B/L3 - Boîtier 3mm - Sensibilité de crête 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD204-6B/L3 est une photodiode PIN au silicium à haute vitesse et haute sensibilité, logée dans un boîtier plastique radial standard de 3mm. Ce dispositif est spectralement adapté aux diodes émettrices dans le visible et l'infrarouge, avec sa sensibilité de crête optimisée pour la longueur d'onde de 940nm, ce qui le rend adapté à diverses applications de détection nécessitant une réponse rapide et des performances fiables.

Les principaux avantages de ce composant incluent son temps de réponse rapide, sa haute photosensibilité et sa faible capacité de jonction, qui contribuent à une détection de signal efficace. Le produit est conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE, et est fabriqué sans plomb.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans les limites environnementales et électriques spécifiées. Dépasser ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (VR) :32 V - La tension maximale pouvant être appliquée en polarisation inverse aux bornes de la photodiode.
• Température de fonctionnement (Topr) :-25°C à +85°C - La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal du dispositif.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C - La plage de température pour un stockage sûr lorsque le dispositif n'est pas alimenté.
• Température de soudure (Tsol) :260°C pour une durée maximale de 5 secondes, conformément aux profils standards de soudure par refusion.
• Puissance dissipée (Pc) :150 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent les performances principales du phototransistor dans des conditions de test standard (Ta=25°C).

• Largeur de bande spectrale (λ0.5) :760 nm à 1100 nm. Ceci définit la plage de longueurs d'onde où le dispositif maintient au moins la moitié de sa sensibilité de crête.
• Longueur d'onde de sensibilité de crête (λP) :940 nm (Typique). Le dispositif est le plus sensible à la lumière à cette longueur d'onde infrarouge.
• Tension en circuit ouvert (VOC) :0,42 V (Typique) sous une irradiance (Ee) de 1 mW/cm² à 940nm.
• Courant de court-circuit (ISC) :4,3 μA (Typique) dans les mêmes conditions de test (Ee=1mW/cm², λp=940nm).
• Courant lumineux inverse (IL) :3,9 μA (Min), 6 μA (Typ) à VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm. C'est le photocourant généré lorsque la diode est polarisée en inverse et éclairée.
• Courant d'obscurité inverse (ID) :10 nA (Max) à VR=10V dans l'obscurité totale (Ee=0mW/cm²). C'est le faible courant de fuite qui circule même en l'absence de lumière.
• Tension de claquage inverse (VBR) :32 V (Min) mesurée à un courant inverse (IR) de 100μA dans l'obscurité.
• Capacité totale (Ct) :10 pF (Typique) à VR=5V et une fréquence de 1MHz. Une capacité plus faible permet des vitesses de commutation plus rapides.
• Temps de montée/descente (tr/tf) :10 ns / 10 ns (Typique) avec VR=10V et une résistance de charge (RL) de 100Ω, indiquant une réponse très rapide adaptée à la détection de lumière pulsée.
• Angle de vue (2θ1/2) :45° (Typique). Ceci définit le champ angulaire de vision sur lequel le dispositif maintient sa sensibilité.

Les tolérances sont spécifiées à ±10% pour l'intensité lumineuse, ±1nm pour la longueur d'onde dominante, et ±0,1V pour la tension directe dans les applications connexes.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions. Elles sont essentielles pour les ingénieurs de conception afin de prédire les performances dans des scénarios réels.

3.1 Puissance dissipée vs Température ambiante

Cette courbe montre que la puissance dissipée maximale admissible diminue lorsque la température ambiante augmente au-dessus de 25°C. Les concepteurs doivent réduire la capacité de gestion de puissance en conséquence pour garantir une fiabilité à long terme.

3.2 Sensibilité spectrale

La courbe de réponse spectrale confirme la sensibilité de crête du dispositif à 940nm et sa plage utile d'environ 760nm à 1100nm. Elle souligne l'aptitude du dispositif pour les applications utilisant des LED infrarouges courantes.

3.3 Courant d'obscurité inverse vs Température ambiante

Le courant d'obscurité augmente de façon exponentielle avec la température. Cette courbe est cruciale pour les applications fonctionnant à des températures élevées, car un courant d'obscurité plus élevé contribue au bruit et peut affecter le rapport signal/bruit dans des conditions de faible luminosité.

3.4 Courant lumineux inverse vs Irradiance (Ee)

Ce graphique démontre la relation linéaire entre le photocourant généré (IL) et l'intensité lumineuse incidente (irradiance) sur une plage spécifiée. Il confirme la réponse photométrique prévisible et linéaire du dispositif.

3.5 Capacité des bornes vs Tension inverse

La capacité de jonction (Ct) diminue avec l'augmentation de la tension de polarisation inverse. Une capacité plus faible est souhaitable pour les applications haute vitesse, et cette courbe aide à sélectionner un point de polarisation optimal.

3.6 Temps de réponse vs Résistance de charge

Cette courbe montre comment les temps de montée et de descente (tr/tf) sont affectés par la valeur de la résistance de charge externe (RL). Une réponse plus rapide est obtenue avec des résistances de charge plus petites, mais cela se fait au détriment de l'amplitude du signal.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier radial à broches standard de 3mm. Le dessin dimensionnel spécifie le diamètre du corps, l'espacement des broches et leurs dimensions. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,25mm. La couleur de la lentille est noire.

4.2 Identification de la polarité

La cathode (borne négative) est généralement indiquée par un méplat sur le corps du boîtier ou une broche plus longue. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage du circuit pour un fonctionnement correct en polarisation inverse.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le composant est adapté aux processus d'assemblage standard sur PCB.

• Soudure par refusion :La température de soudure maximale est de 260°C, et le temps à cette température ou au-dessus ne doit pas dépasser 5 secondes pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et à la puce semi-conductrice.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé avec un temps de contact minimal (généralement moins de 3 secondes par broche).
• Nettoyage :Utiliser des agents de nettoyage compatibles avec le matériau du boîtier plastique.
• Stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique, dans la plage de température de stockage spécifiée de -40°C à +100°C.

6. Informations d'emballage et de commande

6.1 Spécification de la quantité par emballage

L'emballage standard est le suivant : 200-1000 pièces par sachet, 4 sachets par boîte, et 10 boîtes par carton. Cela offre une flexibilité pour le prototypage et la production en volume.

6.2 Spécification du format d'étiquette

L'étiquette du produit contient des informations clés pour la traçabilité et l'identification :

• CPN :Numéro de produit du client
• P/N :Numéro de produit (ex. : PD204-6B/L3)
• QTY :Quantité par emballage
• CAT, HUE, REF :Classements pour l'Intensité lumineuse, la Longueur d'onde dominante et la Tension directe (si trié).
• LOT No :Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité.
• X :Mois de production.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Le PD204-6B/L3 est bien adapté à diverses applications de détection optoélectronique, notamment :

• Capteurs de porte automatique :Détection de l'interruption d'un faisceau infrarouge pour déclencher les mécanismes d'ouverture/fermeture de porte.
• Photocopieurs et imprimantes :Utilisé pour la détection de papier, la détection de bord ou la surveillance du niveau de toner.
• Machines de jeux / Systèmes d'arcade :Pour la détection d'objets, les commandes interactives ou la détection de position.
• Détection infrarouge à usage général :Récepteurs de télécommande, capteurs de proximité et automatisation industrielle où une détection rapide et fiable de la lumière IR à 940nm est requise.

7.2 Considérations de conception

• Circuit de polarisation :Fonctionnez la photodiode en polarisation inverse (mode photoconductif) pour une vitesse et une linéarité optimales. Une tension inverse de 5V à 10V est typique, comme indiqué dans les spécifications.
• Résistance de charge (RL) :Choisissez RL en fonction du compromis requis entre la vitesse de réponse (bande passante) et l'amplitude de la tension de sortie. Un circuit d'amplificateur de transimpédance (TIA) est recommandé pour convertir le faible photocourant en une tension utilisable tout en maintenant une haute vitesse et un faible bruit.
• Considérations optiques :Assurez un alignement correct avec la source lumineuse (généralement une LED IR à 940nm). L'angle de vue de 45° doit être pris en compte pour le champ de vision. L'utilisation d'un filtre optique peut aider à bloquer la lumière ambiante indésirable, en particulier la lumière visible.
• Réduction du bruit :Pour les applications sensibles, protégez le dispositif et son circuit du bruit électrique. Gardez les pistes courtes, utilisez des condensateurs de découplage et considérez l'impact du courant d'obscurité à haute température de fonctionnement.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux photodiodes standard ou aux phototransistors à temps de réponse plus lents, le PD204-6B/L3 offre des avantages distincts :

• Haute vitesse :Avec des temps de montée/descente de 10ns, il est nettement plus rapide que de nombreux phototransistors à usage général, permettant la détection de signaux modulés rapidement.
• Structure PIN :La construction de la photodiode PIN fournit une région de déplétion plus large qu'une photodiode PN standard, résultant en une capacité de jonction plus faible (10pF) et une vitesse plus élevée.
• Spectre optimisé :La sensibilité de crête à 940nm est précisément adaptée à la sortie des LED infrarouges courantes et peu coûteuses, maximisant l'efficacité du système.
• Boîtier standard :Le boîtier radial de 3mm est un facteur de forme industriel courant, facilitant son intégration dans des conceptions existantes et sa compatibilité avec les empreintes PCB standard.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

9.1 Quelle est la différence entre le fonctionnement en mode photovoltaïque (polarisation nulle) et photoconductif (polarisation inverse) ?

En mode photovoltaïque (V_R=0V), la photodiode génère une tension (V_OC). Ce mode a un courant d'obscurité nul mais une réponse plus lente et une linéarité moindre. Les spécifications du PD204-6B/L3 indiquent VOC=0,42V. En mode photoconductif (avec polarisation inverse, ex. V_R=5V), une tension externe est appliquée. Cela réduit la capacité de jonction (permettant une réponse plus rapide, comme le montrent les 10ns tr/tf), améliore la linéarité et permet une région active plus grande, mais introduit un courant d'obscurité (I_D). Pour les applications haute vitesse comme celles prévues pour ce dispositif, le mode photoconductif est recommandé.

9.2 Comment convertir le photocourant (I_L) en une tension mesurable ?

La méthode la plus simple est d'utiliser une résistance de charge (R_L) en série. La tension de sortie est V_out = I_L * R_L. Cependant, à mesure que R_L augmente, la constante de temps RC (avec la capacité de la diode) augmente, ralentissant la réponse (comme le montre la courbe Temps de réponse vs Résistance de charge). Pour des performances optimales, surtout avec de faibles courants et un besoin de vitesse, un amplificateur de transimpédance (TIA) est le circuit préféré. Il fournit une tension de sortie stable et à faible impédance (V_out = -I_L * R_f) tout en maintenant la photodiode à une masse virtuelle, minimisant les effets de la capacité.

9.3 Pourquoi le courant d'obscurité est-il important, et comment la température l'affecte-t-elle ?

Le courant d'obscurité (I_D) est le courant de bruit qui circule en l'absence de lumière. Il fixe la limite inférieure de la lumière détectable. La fiche technique spécifie un maximum de 10nA à 25°C. Ce courant double approximativement tous les 10°C d'augmentation de température. Par conséquent, dans des environnements à haute température ou pour la détection de très faible lumière, le courant d'obscurité peut devenir une source de bruit significative et doit être pris en compte dans la conception du circuit (par ex., via des techniques de compensation de température ou de détection synchrone).

9.4 Ce capteur peut-il être utilisé avec des sources lumineuses autres que 940nm ?

Oui, mais avec une sensibilité réduite. La courbe de réponse spectrale montre une sensibilité significative de 760nm à 1100nm. Par exemple, il répondra aux LED à 850nm, mais le photocourant généré pour la même intensité lumineuse sera inférieur à celui d'une source à 940nm. Reportez-vous toujours à la courbe de sensibilité spectrale relative (si fournie en entier) ou calculez la responsivité à la longueur d'onde souhaitée pour une conception précise.

10. Étude de cas pratique de conception

Cas de conception : Capteur de rupture de faisceau infrarouge pour portail de sécurité.

Objectif :Créer un capteur fiable et rapide pour détecter lorsqu'un objet interrompt un faisceau infrarouge invisible, déclenchant une alarme de sécurité.

Mise en œuvre :

1. Émetteur :Une LED infrarouge 940nm est pilotée par un courant pulsé (ex. : impulsions de 20mA à 38kHz) pour assurer une immunité contre la lumière ambiante et réduire la consommation moyenne.
2. Récepteur :Le PD204-6B/L3 est placé face à l'émetteur, aligné dans son angle de vue de 45°. Il est polarisé en inverse à 5V via une résistance de charge.
3. Conditionnement du signal :Le petit signal de photocourant AC de la photodiode (superposé au courant d'obscurité DC) est envoyé dans un amplificateur à gain élevé et passe-bande accordé sur 38kHz. Cela filtre la lumière ambiante DC et le bruit basse fréquence.
4. Détection :Le signal amplifié est ensuite redressé et comparé à un seuil. Lorsque le faisceau n'est pas interrompu, un fort signal à 38kHz est présent, et la sortie du comparateur est haute. Lorsqu'un objet coupe le faisceau, le signal disparaît, provoquant la bascule du comparateur à l'état bas et activant l'alarme.

Pourquoi le PD204-6B/L3 est adapté :Son temps de réponse rapide de 10ns gère facilement le signal modulé à 38kHz. La haute sensibilité à 940nm assure un bon rapport signal/bruit depuis la LED IR adaptée. La faible capacité permet un circuit réactif même avec les composants de filtrage nécessaires.

11. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN comme le PD204-6B/L3 fonctionne sur le principe de l'effet photodélectrique interne. La structure du dispositif consiste en une large région intrinsèque (I) faiblement dopée prise en sandwich entre des régions de type P et de type N. Lorsque des photons d'énergie supérieure à la bande interdite du semi-conducteur (ex. : lumière infrarouge à 940nm pour le silicium) frappent la région intrinsèque, ils génèrent des paires électron-trou. Lorsque la diode est polarisée en inverse, le champ électrique intégré à travers la région de déplétion (qui s'étend à travers la couche intrinsèque) entraîne ces porteurs de charge vers les bornes respectives, générant un photocourant (I_L) proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque réduit la capacité et permet une collecte efficace des porteurs générés sur un plus grand volume, contribuant à la fois à la vitesse et à la sensibilité.

12. Tendances et contexte industriel

Les photodétecteurs comme le PD204-6B/L3 sont des composants fondamentaux dans le domaine en croissance de l'optoélectronique et de la détection. Les tendances actuelles stimulant la demande pour de tels dispositifs incluent :

• Automatisation et Industrie 4.0 :Utilisation accrue de capteurs sans contact pour le positionnement, la présence et le contrôle qualité dans la fabrication.
• Électronique grand public :Intégration dans les appareils pour la détection de proximité (ex. : extinction des écrans de smartphone pendant les appels), la détection de lumière ambiante pour le contrôle de luminosité des écrans et la reconnaissance de gestes.
• Internet des Objets (IoT) :Capteurs à faible consommation et fiables pour les appareils domotiques, les systèmes de sécurité et la surveillance environnementale.
• Avancées :La tendance générale va vers une plus grande intégration (ex. : photodiodes avec amplificateurs intégrés), des boîtiers plus petits (composants CMS), une consommation d'énergie réduite et des performances améliorées à des longueurs d'onde spécifiques pour des applications comme le LiDAR, la détection biomédicale et les communications optiques. Des dispositifs comme le PD204-6B/L3 représentent une solution mature, fiable et économique pour les besoins principaux de détection infrarouge.

13. Clause de non-responsabilité et notes d'utilisation

Les directives d'utilisation critiques dérivées de la clause de non-responsabilité de la fiche technique incluent :

1. Les spécifications sont susceptibles d'être modifiées. Reportez-vous toujours à la dernière fiche technique officielle pour la conception.
2. Le produit répond à ses spécifications publiées pendant 12 mois à compter de la date d'expédition dans des conditions de stockage normales.
3. Les courbes caractéristiques montrent des performances typiques, pas des valeurs minimales ou maximales garanties. Conçoivez avec des marges appropriées.
4. Respectez strictement les Valeurs maximales absolues. Un fonctionnement au-delà de ces limites peut entraîner une défaillance immédiate ou latente. Le fabricant n'assume aucune responsabilité pour les dommages résultant d'une mauvaise utilisation.
5. Les informations sont propriétaires. La reproduction sans autorisation est interdite.
6. Ce composant n'estpasconçu ou qualifié pour des applications critiques pour la sécurité telles que le support médical de vie, le contrôle automobile, l'aviation ou les systèmes militaires. Pour de telles applications, contactez le fabricant pour des produits spécialement qualifiés.