PD333-3B/L1 5mm फोटोडायोड डेटाशीट - 5mm व्यास - 32V रिवर्स वोल्टेज - ब्लैक लेंस - हिंदी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

PD333-3B/L1 एक उच्च गति, उच्च संवेदनशीलता वाला सिलिकॉन PIN फोटोडायोड है, जो मानक 5mm व्यास वाले प्लास्टिक पैकेज में आता है। इसका प्राथमिक कार्य आपतित प्रकाश (विशेष रूप से इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम) को विद्युत धारा में परिवर्तित करना है। यह डिवाइस एक काले एपॉक्सी लेंस का उपयोग करता है, जो इन्फ्रारेड विकिरण के प्रति इसकी संवेदनशीलता को बढ़ाता है, जबकि दृश्य प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया को न्यूनतम करता है। यह इसे उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है जिनमें निकट-इन्फ्रारेड सीमा में पहचान की आवश्यकता होती है। इस घटक के मुख्य लाभों में इसका तीव्र प्रतिक्रिया समय, उच्च प्रकाश संवेदनशीलता और कम जंक्शन धारिता शामिल है, जो उच्च गति सिग्नल पहचान के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसे एक सीसा-मुक्त (Pb-free) घटक के रूप में डिज़ाइन किया गया है और यह RoHS और यूरोपीय संघ REACH जैसे प्रासंगिक पर्यावरणीय नियमों का अनुपालन करता है।

2. तकनीकी मापदंडों का विस्तृत विवरण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

यह उपकरण निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर विश्वसनीय संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया है। इन रेटिंग्स से अधिक होने पर स्थायी क्षति हो सकती है।

• Reverse Voltage (V_R):32 V - Maximum reverse bias voltage that can be applied across the photodiode pins.
• Operating Temperature (T_opr):-25°C से +85°C - सामान्य कार्य परिवेश तापमान सीमा।
• भंडारण तापमान (T_stg):-40°C से +100°C - गैर-कार्यशील स्थिति में भंडारण तापमान सीमा।
• वेल्डिंग तापमान (T_sol):260°C - वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान घटक द्वारा सहन किया जा सकने वाला शिखर तापमान।
• पावर कंजम्पशन (P_c):150 mW - 25°C या उससे कम के परिवेश तापमान पर डिवाइस द्वारा अपव्यय की जा सकने वाली अधिकतम शक्ति।

2.2 ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक विशेषताएँ

ये पैरामीटर मानक परीक्षण स्थितियों (Ta=25°C) के तहत फोटोडायोड के प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ (λ_0.5):840 nm से 1100 nm - वह तरंगदैर्ध्य सीमा जिसमें प्रतिक्रियाशीलता कम से कम उसके शिखर मान की आधी हो।
• शिखर संवेदनशीलता तरंगदैर्ध्य (λ_P):940 nm (विशिष्ट) - फोटोडायोड के लिए सबसे संवेदनशील प्रकाश तरंगदैर्ध्य।
• खुला सर्किट वोल्टेज (V_OC):0.44 V (टाइपिकल) - प्रकाश के तहत (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm), ओपन-सर्किट पिनों के बीच उत्पन्न वोल्टेज।
• शॉर्ट-सर्किट करंट (I_SC):10 µA (टिपिकल) - प्रकाश में (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm), पिन शॉर्ट सर्किट होने पर प्रवाहित धारा।
• रिवर्स फोटोकरंट (I_L):न्यूनतम 15 µA - रिवर्स बायस (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm) के तहत उत्पन्न फोटोकरंट। यह सिग्नल डिटेक्शन के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।
• रिवर्स डार्क करंट (I_D):अधिकतम 30 nA - पूर्ण अंधेरे की स्थिति में (V_R=10V), छोटी रिवर्स बायस लीकेज करंट। कम संख्या, बेहतर सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात।
• रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_BR):न्यूनतम 32 V, विशिष्ट 170 V - जंक्शन ब्रेकडाउन और करंट में तेज वृद्धि के समय रिवर्स वोल्टेज।
• कुल धारिता (C_t):6.0 pF (टिपिकल) - रिवर्स बायस्ड जंक्शन कैपेसिटेंस (V_R=5V, f=1MHz)। हाई-स्पीड ऑपरेशन के लिए लो कैपेसिटेंस महत्वपूर्ण है।
• राइज/फॉल टाइम (t_r/t_f):10 ns (typical) - the time required for the output signal to rise from 10% to 90% (or fall from 90% to 10%) of its final value (V_R=10V, R_L=100Ω). This defines the maximum switching speed.

3. ग्रेडिंग प्रणाली विवरण

PD333-3B/L1 को विशिष्ट परीक्षण स्थितियों (E_L=1mW/cm², λ_e=940nm, V_p=5V) के तहत इसके रिवर्स फोटोकरंट (I_R) प्रदर्शन के आधार पर विभिन्न ग्रेड में वर्गीकृत किया जाता है। यह डिजाइनरों को उनके अनुप्रयोग के लिए सुसंगत प्रदर्शन वाले घटकों का चयन करने में सक्षम बनाता है।

डेटाशीट में मानक सहनशीलता भी निर्दिष्ट की गई है: प्रकाश तीव्रता ±10%, प्रमुख तरंगदैर्ध्य ±1nm, अग्र वोल्टेज ±0.1V, हालांकि बाद वाले दो LED से अधिक संबंधित हैं, न कि इस फोटोडायोड से।

4. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट में कई विशेषता वक्र शामिल हैं जो विभिन्न स्थितियों में डिवाइस के व्यवहार को दर्शाते हैं। ये सर्किट डिज़ाइन और प्रदर्शन पूर्वानुमान के लिए महत्वपूर्ण हैं।

4.1 स्पेक्ट्रल संवेदनशीलता

स्पेक्ट्रल रिस्पांस कर्व डिवाइस की विभिन्न तरंगदैर्ध्य पर सापेक्ष संवेदनशीलता दर्शाता है। यह 940 nm (इन्फ्रारेड) पर शिखर तक पहुँचता है और लगभग 840 nm से 1100 nm की सीमा में महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया प्रदर्शित करता है। यह इसकी इन्फ्रारेड-आधारित प्रणालियों जैसे रिमोट कंट्रोल और प्रॉक्सिमिटी सेंसर के लिए उपयुक्तता की पुष्टि करता है।

4.2 तापमान विशेषता

यह रिवर्स डार्क करंट और परिवेशी तापमान के बीच संबंध, साथ ही बिजली की खपत और परिवेशी तापमान के बीच संबंध दर्शाने वाले कर्व प्रदान करता है। डार्क करंट आमतौर पर तापमान बढ़ने के साथ बढ़ता है, जो संवेदनशील अनुप्रयोगों में शोर के स्तर को प्रभावित कर सकता है। पावर डिरेटिंग कर्व दर्शाता है कि कैसे 25°C से अधिक परिवेशी तापमान पर अधिकतम अनुमत बिजली की खपत कम हो जाती है।

4.3 विद्युत विशेषता

Key charts include:

• Reverse photocurrent vs. irradiance (E_e):उत्पन्न फोटोकरंट और आपतित प्रकाश शक्ति घनत्व के बीच रैखिक संबंध प्रदर्शित करता है, जो फोटोडायोड की एक मूलभूत विशेषता है।
• पिन कैपेसिटेंस vs. रिवर्स वोल्टेज:यह दर्शाता है कि जंक्शन कैपेसिटेंस रिवर्स बायस वोल्टेज बढ़ने के साथ कैसे कम होती है। उच्च रिवर्स वोल्टेज (सीमा के भीतर) पर कार्य करने से कैपेसिटेंस कम होकर गति में सुधार हो सकता है।
• रिस्पांस टाइम vs. लोड रेजिस्टेंस:यह दर्शाता है कि सर्किट में लोड प्रतिरोध (R) के कारण उदय/पतन समय कैसे प्रभावित होता है।_Lछोटा R_Lआमतौर पर तेज प्रतिक्रिया का कारण बनता है, लेकिन आउटपुट वोल्टेज स्विंग कम होता है।

5. यांत्रिक एवं पैकेजिंग जानकारी

यह उपकरण मानक 5mm व्यास वाले गोलाकार प्लास्टिक पैकेज में आता है। पैकेज आयाम चित्र PCB पैड डिज़ाइन और यांत्रिक एकीकरण के लिए महत्वपूर्ण आयाम प्रदान करता है। महत्वपूर्ण आयामों में कुल व्यास (5mm), पिन पिच और घटक ऊंचाई शामिल हैं। जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, ड्राइंग में निर्दिष्ट सामान्य सहनशीलता ±0.25mm है। पैकेज में विद्युत कनेक्शन के लिए दो अक्षीय पिन होते हैं। काला एपॉक्सी बॉडी लेंस और अवरक्त फिल्टर के रूप में कार्य करती है। सही ध्रुवता पहचान डेटाशीट के पिनआउट आरेख के आधार पर की जानी चाहिए; आमतौर पर, कैथोड लंबे पिन, पैकेज पर एक समतल या विशिष्ट चिह्न द्वारा दर्शाया जाता है।

6. वेल्डिंग और असेंबली गाइड

इस घटक की अधिकतम रेटेड सोल्डरिंग तापमान 260°C है। लीड-फ्री प्रक्रिया के लिए मानक रिफ्लो या वेव सोल्डरिंग प्रोफाइल का उपयोग किया जा सकता है, थर्मल क्षति को रोकने के लिए पीक तापमान और लिक्विडस से ऊपर के समय को नियंत्रित करना सुनिश्चित करें। हैंड सोल्डरिंग तापमान-नियंत्रित सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करके तेजी से की जानी चाहिए। नमी अवशोषण को रोकने के लिए घटक को शुष्क वातावरण में संग्रहित करने की सलाह दी जाती है, जो सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान समस्याएं (पॉपकॉर्न इफेक्ट) पैदा कर सकता है।

7. पैकेजिंग और ऑर्डर जानकारी

मानक पैकेजिंग विनिर्देश प्रति बैग 500 टुकड़े, प्रति बॉक्स 5 बैग, प्रति कार्टन 10 बॉक्स है, जिसका कुल योग प्रति कार्टन 25,000 टुकड़े है। पैकेजिंग लेबल में ग्राहक उत्पाद संख्या (CPN), उत्पाद संख्या (P/N), पैकेज मात्रा (QTY) और संबंधित प्रदर्शन स्तर (जैसे CAT प्रकाश तीव्रता आदि के लिए) फ़ील्ड शामिल हैं, साथ ही ट्रेसबिलिटी के लिए बैच नंबर और तिथि कोड भी शामिल हैं।

8. अनुप्रयोग सुझाव

8.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• High-Speed Photodetection:इसकी 10ns की प्रतिक्रिया समय के कारण, यह ऑप्टिकल फाइबर डेटा ट्रांसमिशन, बारकोड स्कैनर और ऑप्टिकल एनकोडर के लिए उपयुक्त है।
• Security Systems:यह घुसपैठ का पता लगाने वाली किरणों, धुएं के डिटेक्टरों, या अवरक्त-आधारित सुरक्षा संचार के रिसीवर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
• कैमरा अनुप्रयोग:यह प्रकाश मापन, ऑटोफोकस सहायक प्रणालियों, या अवरक्त कट-ऑफ फिल्टर मॉनिटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
• औद्योगिक संवेदन:स्वचालित उपकरणों में वस्तु का पता लगाना, गिनती और स्थिति संवेदन।

8.2 डिज़ाइन विचार

• बायस सर्किट:फोटोडायोड का उपयोग कम शोर अनुप्रयोगों के लिए फोटोवोल्टाइक (शून्य बायस) मोड में, या उच्च गति और रैखिकता के लिए फोटोकंडक्टिव (रिवर्स बायस) मोड में किया जा सकता है। 32V का अधिकतम रिवर्स वोल्टेज व्यापक बायस विकल्पों की अनुमति देता है।
• एम्प्लिफिकेशन:आउटपुट करंट बहुत कम (माइक्रोएम्पीयर स्तर) होता है, इसलिए करंट को उपयोगी वोल्टेज सिग्नल में बदलने के लिए लगभग हमेशा एक ट्रांसइम्पीडेंस एम्प्लीफायर (TIA) की आवश्यकता होती है।
• शोर:संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए, डार्क करंट और उसकी तापमान निर्भरता पर विचार करने की आवश्यकता होती है। उठाए गए विद्युत शोर को न्यूनतम करने के लिए शील्डिंग और सावधानीपूर्वक PCB लेआउट की आवश्यकता होती है।
• ऑप्टिकल फ़िल्टरिंग:काला एपॉक्सी राल कुछ फ़िल्टरिंग प्रदान करता है, लेकिन विशिष्ट तरंगदैर्ध्य चयन के लिए, अतिरिक्त बैंडपास ऑप्टिकल फ़िल्टर की आवश्यकता हो सकती है।

9. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

सामान्य फोटोडायोड की तुलना में, PD333-3B/L1 सामान्य 5mm पैकेज में गति (10ns), संवेदनशीलता (निर्दिष्ट शर्तों के तहत न्यूनतम 15µA) और मजबूत 32V रिवर्स वोल्टेज रेटिंग का संतुलित संयोजन प्रदान करता है। इसकी सिलिकॉन संरचना और PIN संरचना निकट-अवरक्त अनुप्रयोगों के लिए लागत, गति और संवेदनशीलता के बीच एक अच्छा समझौता प्रदान करती है। विकल्पों में स्थान-सीमित डिज़ाइनों के लिए छोटे पैकेज वाले फोटोडायोड, विभिन्न वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया (जैसे दृश्य प्रकाश) वाले फोटोडायोड, या आंतरिक लाभ की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए एवलांच फोटोडायोड (APD) शामिल हो सकते हैं, हालांकि APD अधिक जटिल और महंगे होते हैं।

10. सामान्य प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: फोटोवोल्टिक मोड और फोटोकंडक्टिव मोड में क्या अंतर है?
उत्तर: फोटोवोल्टिक मोड (शून्य बायस) में, फोटोडायोड स्वयं वोल्टेज/धारा उत्पन्न करता है, जो बहुत कम डार्क करंट और शोर प्रदान करता है। फोटोकंडक्टिव मोड (रिवर्स बायस) में, एक बाहरी वोल्टेज लगाया जाता है, जो जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है (गति बढ़ाता है) और रैखिकता में सुधार करता है, लेकिन इसकी कीमत थोड़ा अधिक डार्क करंट है।

प्रश्न: सही गियर का चयन कैसे करें?
उत्तर: अनुप्रयोग के लिए आवश्यक न्यूनतम सिग्नल करंट के आधार पर गियर का चयन करें। उच्च गियर का उपयोग मजबूत सिग्नल सुनिश्चित करता है, लेकिन इसमें लागत संबंधी विचार शामिल हो सकते हैं। उत्पादन स्थिरता के लिए, एक ही गियर निर्दिष्ट करें।

प्रश्न: क्या इस फोटोडायोड का उपयोग दृश्य प्रकाश का पता लगाने के लिए किया जा सकता है?
उत्तर: हालांकि यह दृश्यमान लाल प्रकाश स्पेक्ट्रम में कुछ प्रतिक्रिया देता है, लेकिन इसकी चरम संवेदनशीलता 940nm (इन्फ्रारेड) पर है, और काला एपॉक्सी दृश्यमान प्रकाश को क्षीण कर देता है। मुख्य रूप से दृश्यमान प्रकाश का पता लगाने के लिए, एक फोटोडायोड जिसमें पारदर्शी या विशिष्ट रंग का लेंस हो और जिसकी चरम तरंगदैर्ध्य दृश्यमान सीमा में हो, का उपयोग अधिक उपयुक्त होगा।

प्रश्न: मुझे लोड रेसिस्टर (R) के लिए कितने मान का उपयोग करना चाहिए?_L)?
उत्तर: यह आवश्यक गति और सिग्नल स्तर पर निर्भर करता है। एक छोटा R_L(उदाहरण के लिए, 50Ω) तेज प्रतिक्रिया प्रदान करता है, लेकिन वोल्टेज आउटपुट कम होता है (Vout = I_ph* R_L). बड़ा R_Lअधिक वोल्टेज प्रदान करता है, लेकिन डायोड कैपेसिटेंस के साथ बनने वाले RC टाइम कॉन्स्टेंट के कारण प्रतिक्रिया धीमी होती है। कृपया "प्रतिक्रिया समय बनाम लोड प्रतिरोध" वक्र देखें।

11. वास्तविक डिज़ाइन केस स्टडी

केस: सरल वस्तु पहचान सेंसर
एक सामान्य अनुप्रयोग बीम ब्रेक सेंसर है। एक 940nm इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करने वाला LED, PD333-3B/L1 फोटोडायोड के सामने रखा जाता है। फोटोडायोड फोटोकंडक्टिव मोड में काम करता है, जिसे एक लोड रेसिस्टर (जैसे, 10kΩ) के माध्यम से 5V रिवर्स बायस लगाकर संचालित किया जाता है। सामान्य परिस्थितियों में, इन्फ्रारेड प्रकाश डायोड पर पड़ता है, जिससे फोटोकरंट उत्पन्न होता है और रेसिस्टर के पार वोल्टेज ड्रॉप होता है। जब कोई वस्तु बीम को अवरुद्ध करती है, तो फोटोकरंट में उल्लेखनीय कमी आती है, जिससे रेसिस्टर के पार वोल्टेज में बड़ा बदलाव होता है। इस वोल्टेज सिग्नल को एक कंपेरेटर में फीड किया जा सकता है, ताकि माइक्रोकंट्रोलर के लिए एक डिजिटल इंटरप्ट जनरेट किया जा सके। 10ns की रिस्पॉन्स टाइम इस अनुप्रयोग के लिए आवश्यकता से कहीं अधिक तेज़ है, लेकिन उच्च संवेदनशीलता यह सुनिश्चित करती है कि यहां तक कि कमजोर इन्फ्रारेड स्रोत या अधिक दूरी पर भी यह विश्वसनीय रूप से काम करे।

12. कार्य सिद्धांत

PIN फोटोडायोड एक अर्धचालक उपकरण है, जिसमें एक आंतरिक (I) क्षेत्र P-प्रकार और N-प्रकार क्षेत्रों के बीच स्थित होता है। जब अर्धचालक के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन उपकरण से टकराते हैं, तो वे आंतरिक क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करते हैं। अंतर्निहित विभव (फोटोवोल्टिक मोड) या लागू रिवर्स बायस (फोटोकंडक्टिव मोड) के प्रभाव में, ये आवेश वाहक अलग हो जाते हैं, जिससे आपतित प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती एक मापने योग्य फोटोकरंट उत्पन्न होता है। मानक PN फोटोडायोड की तुलना में, PIN संरचना में चौड़ा आंतरिक क्षेत्र जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है, जिससे उच्च संचालन गति प्राप्त होती है।

13. उद्योग प्रवृत्तियाँ

फोटोडायोड्स की मांग उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (स्मार्टफोन सेंसर, वियरेबल डिवाइस), ऑटोमोटिव (लिडार, ड्राइवर मॉनिटरिंग), औद्योगिक स्वचालन और संचार (डेटा सेंटर) जैसे क्षेत्रों में लगातार बढ़ रही है। रुझानों में आगे लघुकरण कर चिप-स्केल पैकेजिंग, ऑन-चिप प्रवर्धन और सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट्री के साथ एकीकरण, नई तरंगदैर्ध्य सीमाओं (जैसे शॉर्ट-वेव इन्फ्रारेड) के लिए फोटोडायोड्स का विकास, और उभरती प्रौद्योगिकियों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रदर्शन मापदंडों (जैसे कम शोर और उच्च गति) को बढ़ाना शामिल है।