PD95-21B/TR10 फोटोडायोड डेटाशीट - 1.9mm गोल SMD पैकेज - काला लेंस - 940nm चरम संवेदनशीलता - हिन्दी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

PD95-21B/TR10 एक सबमिनिएचर, सरफेस-माउंट डिवाइस (SMD) है जिसे उच्च-प्रदर्शन प्रकाश संवेदन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक सिलिकॉन-आधारित PIN फोटोडायोड है, जो एक मौलिक अर्धचालक घटक है जो प्रकाश ऊर्जा को विद्युत धारा में परिवर्तित करता है। यह डिवाइस एक कॉम्पैक्ट, 1.9mm व्यास वाले गोल पैकेज में रखा गया है जिसमें एक विशिष्ट "Z-बेंड" लीड कॉन्फ़िगरेशन है, जो इसे स्वचालित असेंबली प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त बनाता है। पैकेज के शीर्ष पर एक काला प्लास्टिक लेंस लगा है जो दृष्टि क्षेत्र को परिभाषित करने में मदद करता है और कुछ पर्यावरणीय सुरक्षा प्रदान करता है। इसका प्राथमिक कार्य इन्फ्रारेड विकिरण का पता लगाना है, जिसकी वर्णक्रमीय विशेषताएँ विशेष रूप से सामान्य इन्फ्रारेड उत्सर्जक डायोड (IREDs) से मेल खाने के लिए ट्यून की गई हैं, जो इसे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में एक आदर्श रिसीवर घटक बनाती हैं।

2. मुख्य विशेषताएँ और अनुप्रयोग

2.1 मूल लाभ

यह फोटोडायोड आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन के लिए कई महत्वपूर्ण प्रदर्शन लाभ प्रदान करता है:

• तेज प्रतिक्रिया समय:PIN संरचना, अपने आंतरिक (I) क्षेत्र के साथ, तेजी से वाहक संग्रह की अनुमति देती है, जिससे डिवाइस प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन पर तेजी से प्रतिक्रिया कर सकता है। यह डेटा संचार, पल्स डिटेक्शन और उच्च-गति संवेदन के लिए आवश्यक है।
• उच्च फोटो संवेदनशीलता:यह आपतित प्रकाश (विकिरण) के निम्न स्तरों से मापने योग्य विद्युत धारा को कुशलतापूर्वक उत्पन्न करता है, जिससे डिटेक्शन सर्किट में सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात में सुधार होता है।
• छोटी जंक्शन कैपेसिटेंस:उच्च बैंडविड्थ और तेज प्रतिक्रिया बनाए रखने के लिए कम कैपेसिटेंस महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह डिटेक्शन सर्किट के RC समय स्थिरांक को कम करता है।
• मजबूत निर्माण संगतता:यह डिवाइस मानक इन्फ्रारेड और वाष्प चरण रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियाओं को सहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे विश्वसनीय PCB असेंबली सुगम होती है।
• पर्यावरण अनुपालन:यह घटक लीड-मुक्त (Pb-मुक्त) है, EU के REACH विनियमन का अनुपालन करता है, और हैलोजन-मुक्त आवश्यकताओं (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm) को पूरा करता है, जो वैश्विक पर्यावरण और सुरक्षा मानकों के साथ संरेखित है।

2.2 लक्षित अनुप्रयोग

यह फोटोडायोड उन सिस्टम के लिए इंजीनियर किया गया है जिन्हें विश्वसनीय इन्फ्रारेड डिटेक्शन की आवश्यकता होती है। विशिष्ट अनुप्रयोग क्षेत्रों में शामिल हैं:

• इन्फ्रारेड अनुप्रयोग प्रणालियाँ:इसमें एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है, जिसमें रिमोट कंट्रोल, प्रॉक्सिमिटी सेंसर, वस्तु पहचान, और इंटरप्टिव ऑप्टिकल स्विच शामिल हैं।
• कॉपियर और प्रिंटर:पेपर डिटेक्शन, टोनर स्तर संवेदन, और स्कैनिंग तंत्र के लिए उपयोग किया जाता है जहाँ परावर्तित या संचरित प्रकाश का सटीक पता लगाने की आवश्यकता होती है।
• ऑटोमोटिव सेंसर:वाहनों के भीतर गैर-महत्वपूर्ण संवेदन परियोजनाओं के लिए उपयुक्त, जैसे कि बारिश सेंसर, गोधूलि सेंसर, या आंतरिक अधिभोग पहचान, जहाँ तापमान सीमा में विश्वसनीयता महत्वपूर्ण है।

3. तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

3.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

ये सीमाएँ उन तनाव स्थितियों को परिभाषित करती हैं जिनके परे स्थायी क्षति हो सकती है। संचालन हमेशा इन सीमाओं के भीतर होना चाहिए।

• रिवर्स वोल्टेज (V_R):32 V. डायोड के पार रिवर्स बायस में लगाया जा सकने वाला अधिकतम वोल्टेज बिना ब्रेकडाउन के।
• संचालन तापमान (T_opr):-25°C से +85°C. वह परिवेश तापमान सीमा जिस पर डिवाइस को सही ढंग से कार्य करने के लिए निर्दिष्ट किया गया है।
• भंडारण तापमान (T_stg):-40°C से +85°C. गैर-संचालन भंडारण के लिए तापमान सीमा।
• सोल्डरिंग तापमान (T_sol):260°C अधिकतम 5 सेकंड के लिए। यह रीफ्लो सोल्डरिंग के दौरान चरम तापमान सहनशीलता को परिभाषित करता है।
• शक्ति अपव्यय (P_d):25°C पर 150 mW. वह अधिकतम शक्ति जिसे डिवाइस सुरक्षित रूप से ऊष्मा के रूप में अपव्यय कर सकता है।

3.2 इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल विशेषताएँ (Ta=25°C)

ये पैरामीटर विशिष्ट संचालन स्थितियों के तहत डिवाइस के प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ (λ_0.5):730 nm से 1100 nm. यह तरंगदैर्ध्य सीमा है जहाँ फोटोडायोड की प्रतिक्रियाशीलता उसके चरम मूल्य के कम से कम आधी है। यह पुष्टि करता है कि डिवाइस निकट-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में संवेदनशील है।
• चरम संवेदनशीलता तरंगदैर्ध्य (λ_P):940 nm (विशिष्ट)। प्रकाश की वह तरंगदैर्ध्य जिस पर फोटोडायोड सबसे अधिक संवेदनशील है। यह कई मानक GaAlAs इन्फ्रारेड LEDs के उत्सर्जन शिखर के साथ पूरी तरह से मेल खाता है।
• शॉर्ट-सर्किट धारा (I_SC):E_e=1 mW/cm², λ=875 nm पर 4 µA (विशिष्ट)। वह धारा जो फोटोडायोड टर्मिनलों के शॉर्ट-सर्किट (शून्य बायस वोल्टेज) होने पर उत्पन्न होती है। यह फोटोकरंट उत्पादन दक्षता का प्रत्यक्ष माप है।
• रिवर्स लाइट करंट (I_L):E_e=1 mW/cm², λ=875 nm, V_R=5V पर 4 µA (विशिष्ट)। प्रकाशित होने पर रिवर्स बायस के तहत प्रवाहित होने वाली धारा। रिवर्स बायस (फोटोकंडक्टिव मोड) में संचालन आम तौर पर शून्य-बायस (फोटोवोल्टाइक मोड) की तुलना में तेज प्रतिक्रिया और अधिक रैखिक आउटपुट प्रदान करता है।
• रिवर्स डार्क करंट (I_D):V_R=10V पर 10 nA (अधिकतम)। पूर्ण अंधकार में रिवर्स बायस स्थितियों के तहत प्रवाहित होने वाली छोटी लीकेज धारा। कमजोर प्रकाश संकेतों का पता लगाने के लिए कम डार्क करंट महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह डिवाइस के नॉइज़ फ्लोर का प्रतिनिधित्व करता है।
• रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_BR):32 V (न्यूनतम), 170 V (विशिष्ट)। वह वोल्टेज जिस पर रिवर्स करंट तेजी से बढ़ता है। डिवाइस को कभी भी इस बिंदु के निकट संचालित नहीं करना चाहिए।

4. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट विशिष्ट प्रदर्शन वक्रों का संदर्भ देती है जो एकल-बिंदु विनिर्देशों की तुलना में गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

4.1 स्पेक्ट्रल संवेदनशीलता (चित्र 1)

यह वक्र आपतित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य के एक फ़ंक्शन के रूप में फोटोडायोड की प्रतिक्रियाशीलता का ग्राफिक रूप से प्रतिनिधित्व करता है। यह एक घंटी के आकार का वक्र दिखाएगा, जो लगभग 940 nm पर चरम पर होगा और चरम संवेदनशीलता के आधे पर निर्दिष्ट 730 nm और 1100 nm बिंदुओं की ओर कम हो जाएगा। यह वक्र फोटोडायोड को एक विशिष्ट प्रकाश स्रोत से मिलाने, अधिकतम सिग्नल शक्ति सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है।

4.2 रिवर्स लाइट करंट बनाम विकिरण (चित्र 2)

यह प्लॉट उत्पन्न फोटोकरंट (I_L) और आपतित प्रकाश शक्ति घनत्व (E_e) के बीच संबंध को दर्शाता है। अपने रैखिक क्षेत्र में संचालित होने वाले एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए PIN फोटोडायोड के लिए, यह संबंध अत्यधिक रैखिक होना चाहिए। इस रेखा का ढलान फोटोडायोड की प्रतिक्रियाशीलता (आमतौर पर A/W में) का प्रतिनिधित्व करता है। यह रैखिकता एनालॉग प्रकाश मापन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।

5. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

5.1 पैकेज आयाम

डिवाइस 1.9mm व्यास का एक गोल पैकेज है। डेटाशीट में विस्तृत यांत्रिक चित्र प्रदान किए गए हैं, जो शरीर व्यास, ऊँचाई, लीड स्पेसिंग और लीड आयाम सहित सभी महत्वपूर्ण आयामों को निर्दिष्ट करते हैं। सभी आयाम मिलीमीटर में हैं जब तक कि अन्यथा नोट न किया गया हो, मानक सहनशीलता ±0.1mm है। "Z-बेंड" लीड शैली सरफेस माउंटिंग के लिए एक स्थिर फुटप्रिंट प्रदान करने और यांत्रिक तनाव को कम करने के लिए डिज़ाइन की गई है।

5.2 ध्रुवता पहचान

फोटोडायोड एक ध्रुवीकृत घटक है। डेटाशीट ड्राइंग कैथोड और एनोड टर्मिनलों को स्पष्ट रूप से इंगित करती है। रिवर्स-बायस कॉन्फ़िगरेशन में उचित संचालन के लिए सर्किट बोर्ड असेंबली के दौरान सही ध्रुवता का पालन किया जाना चाहिए।

5.3 कैरियर टेप और रील विनिर्देश

स्वचालित असेंबली के लिए, घटक कैरियर टेप और रील में आपूर्ति किए जाते हैं। डेटाशीट में कैरियर टेप पॉकेट्स, रील व्यास और अभिविन्यास के आयाम शामिल हैं। मानक पैकिंग मात्रा प्रति रील 1000 टुकड़े है।

6. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

6.1 भंडारण और नमी संवेदनशीलता

फोटोडायोड नमी-संवेदनशील है। रीफ्लो सोल्डरिंग के दौरान पॉपकॉर्निंग या डिलैमिनेशन को रोकने के लिए सावधानियाँ बरतनी चाहिए:

• अनओपन्ड बैग को ≤30°C और ≤90% RH पर स्टोर करें।
• एक वर्ष के भीतर घटकों का उपयोग करें।
• खोलने के बाद, ≤30°C और ≤70% RH पर स्टोर करें।
• नमी अवरोध बैग खोलने के 168 घंटे (7 दिन) के भीतर उपयोग करें।
• यदि भंडारण समय से अधिक हो जाता है या डिसिकेंट नमी प्रवेश का संकेत देता है, तो उपयोग से पहले 60±5°C पर 24 घंटे के लिए बेक करें।

6.2 रीफ्लो सोल्डरिंग प्रोफाइल

एक लीड-मुक्त रीफ्लो सोल्डरिंग तापमान प्रोफाइल की सिफारिश की जाती है। प्रोफाइल को नियंत्रित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि चरम शरीर तापमान 5 सेकंड से अधिक समय तक 260°C से अधिक न हो। प्लास्टिक पैकेज और अर्धचालक डाई को थर्मल क्षति से बचाने के लिए रीफ्लो सोल्डरिंग दो बार से अधिक नहीं की जानी चाहिए।

6.3 हैंड सोल्डरिंग और रीवर्क

यदि हैंड सोल्डरिंग आवश्यक है, तो अत्यधिक सावधानी की आवश्यकता है:

• 350°C से नीचे तापमान और 25W से नीचे पावर रेटिंग वाले सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करें।
• प्रति लीड संपर्क समय 3 सेकंड तक सीमित करें।
• प्रत्येक लीड को सोल्डर करने के बीच कम से कम 2 सेकंड का शीतलन अंतराल दें।
• ताप के दौरान घटक पर यांत्रिक तनाव से बचें।
• रीवर्क की दृढ़ता से हतोत्साहित किया जाता है। यदि अपरिहार्य है, तो थर्मल तनाव को रोकने के लिए दोनों लीड्स को एक साथ गर्म करने के लिए एक विशेष डुअल-हेड सोल्डरिंग आयरन का उपयोग किया जाना चाहिए। किसी भी रीवर्क प्रयास के बाद डिवाइस की कार्यक्षमता को सत्यापित किया जाना चाहिए।

6.4 सर्किट बोर्ड डिज़ाइन विचार

सोल्डरिंग के बाद, सर्किट बोर्ड को वार्प या बेंड नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि यह तनाव को भंगुर अर्धचालक डाई या सोल्डर जोड़ों में स्थानांतरित कर सकता है, संभावित रूप से विफलता का कारण बन सकता है।

7. अनुप्रयोग डिज़ाइन विचार

7.1 ओवर-करंट सुरक्षा

एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन नोट: फोटोडायोड में स्वयं आंतरिक करंट लिमिटिंग नहीं होती है। रिवर्स बायस में संचालित होने पर, यदि डिवाइस प्रकाश के संपर्क में आता है, तो वोल्टेज में थोड़ी सी वृद्धि भी धारा में बड़ी, संभावित रूप से विनाशकारी वृद्धि का कारण बन सकती है। इसलिए, एक बाहरी श्रृंखला प्रतिरोधकअवश्यबायस सर्किट में उज्ज्वल प्रकाश व्यवस्था की स्थितियों में अधिकतम धारा को सीमित करने और बर्नआउट को रोकने के लिए उपयोग किया जाना चाहिए।

7.2 बायसिंग और इंटरफेस सर्किटरी

फोटोडायोड का उपयोग दो प्राथमिक मोड में किया जा सकता है:

1. फोटोकंडक्टिव मोड (रिवर्स बायस):रिवर्स बायस वोल्टेज (जैसे, टेस्ट कंडीशन में 5V) लगाने से डिप्लेशन रीजन चौड़ा हो जाता है, जंक्शन कैपेसिटेंस कम हो जाता है और प्रतिक्रिया समय तेज हो जाता है। यह उच्च-गति और रैखिक अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा मोड है। आउटपुट एक करंट स्रोत है, जिसे आमतौर पर ट्रांसइम्पीडेंस एम्पलीफायर (TIA) का उपयोग करके वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है।
2. फोटोवोल्टाइक मोड (शून्य बायस):फोटोडायोड प्रकाशित होने पर अपना स्वयं का वोल्टेज उत्पन्न करता है, जो एक सोलर सेल की तरह कार्य करता है। यह मोड बहुत कम डार्क करंट प्रदान करता है लेकिन धीमी प्रतिक्रिया और कम रैखिकता होती है। यह कम-आवृत्ति प्रकाश मापन के लिए उपयुक्त है जहाँ सरलता मुख्य है।

7.3 ऑप्टिकल डिज़ाइन

काला लेंस एक परिभाषित व्यूइंग एंगल प्रदान करता है। इष्टतम प्रदर्शन के लिए, सिस्टम डिज़ाइन को इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोत (जैसे, एक LED) और फोटोडायोड के बीच संरेखण, साथ ही परिवेश प्रकाश हस्तक्षेप (जैसे, सूर्य का प्रकाश, इनकैंडिसेंट बल्ब) के संभावित स्रोतों पर विचार करना चाहिए जो इसकी वर्णक्रमीय सीमा के भीतर आते हैं। उच्च-परिवेश-प्रकाश वातावरण में ऑप्टिकल फिल्टर आवश्यक हो सकते हैं।

8. तकनीकी तुलना और चयन

PD95-21B/TR10 काले लेंस वाले सिलिकॉन फोटोडायोड की श्रेणी से संबंधित है। फोटोडायोड का चयन करते समय, इंजीनियरों को अनुप्रयोग आवश्यकताओं के विरुद्ध मुख्य पैरामीटरों की तुलना करनी चाहिए: प्रतिक्रिया गति (कैपेसिटेंस और बायस से संबंधित), संवेदनशीलता (I_L), प्रकाश स्रोत से वर्णक्रमीय मिलान, पैकेज आकार, और पर्यावरणीय मजबूती। इस डिवाइस का छोटा आकार, अच्छी संवेदनशीलता, तेज प्रतिक्रिया, और SMD संगतता का संयोजन इसे स्थान-सीमित, उच्च-मात्रा उपभोक्ता और औद्योगिक इन्फ्रारेड संवेदन अनुप्रयोगों के लिए एक मजबूत उम्मीदवार बनाता है जहाँ विश्वसनीयता और लागत संतुलित होती है।

9. संचालन सिद्धांत

एक PIN फोटोडायोड एक अर्धचालक डिवाइस है जिसमें तीन-परत संरचना होती है: P-टाइप, आंतरिक (अनडोप्ड), और N-टाइप सिलिकॉन। जब सिलिकॉन बैंडगैप से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन आंतरिक क्षेत्र से टकराते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े बनाते हैं। एक रिवर्स-बायस्ड PIN डायोड में, चौड़े आंतरिक क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र इन वाहकों को उनके संबंधित टर्मिनलों की ओर ले जाता है, एक फोटोकरंट उत्पन्न करता है जो आपतित प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है। चौड़ा आंतरिक क्षेत्र इसके प्रदर्शन की कुंजी है: यह फोटॉन अवशोषण के लिए एक बड़ा डिप्लेशन क्षेत्र बनाता है (संवेदनशीलता बढ़ाता है) और जंक्शन कैपेसिटेंस कम करता है (गति बढ़ाता है)।

10. अस्वीकरण और उपयोग नोट्स

डेटाशीट में प्रदान की गई जानकारी प्रकाशन के समय निर्माता के विनिर्देशों का प्रतिनिधित्व करती है। विशिष्ट प्रदर्शन वक्र संदर्भ के लिए हैं और गारंटीकृत न्यूनतम या अधिकतम मूल्यों का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं। डिवाइस को उसकी पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स के भीतर संचालित करने और विशिष्ट अंतिम अनुप्रयोग में प्रदर्शन को मान्य करने की जिम्मेदारी डिज़ाइनर की है। यह उत्पाद आम तौर पर घटक निर्माता से स्पष्ट योग्यता और अनुमोदन के बिना सुरक्षा-महत्वपूर्ण, जीवन-समर्थन, सैन्य, या ऑटोमोटिव प्राथमिक प्रणालियों में उपयोग के लिए अभिप्रेत नहीं है।