1.8mm गोल सबमिनिएचर सिलिकॉन पिन फोटोडायोड PD42-21C/TR8 डेटाशीट - आयाम 1.8mm गोल - पीक संवेदनशीलता 940nm - अंग्रेजी तकनीकी दस्तावेज

1. उत्पाद अवलोकन

PD42-21C/TR8 एक उच्च-गति, उच्च-संवेदनशील सिलिकॉन PIN फोटोडायोड है जो इन्फ्रारेड डिटेक्शन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह काले प्लास्टिक से बने एक लघु 1.8mm गोलाकार, गोलाकार शीर्ष-दृश्य लेंस सतह-माउंट डिवाइस (SMD) पैकेज में रखा गया है। यह कॉम्पैक्ट डिज़ाइन इसे स्थान-सीमित अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है जिनमें विश्वसनीय इन्फ्रारेड संवेदन की आवश्यकता होती है।

यह डिवाइस सामान्य इन्फ्रारेड उत्सर्जक डायोड के साथ वर्णक्रमीय रूप से मेल खाती है, जो उन प्रणालियों में प्रदर्शन को अनुकूलित करती है जहाँ इसे एक IR स्रोत के साथ जोड़ा जाता है। इसके प्रमुख लाभों में तीव्र प्रतिक्रिया समय, उच्च फोटोसंवेदनशीलता और छोटी जंक्शन धारिता शामिल हैं, जो उच्च-गति सिग्नल डिटेक्शन के लिए महत्वपूर्ण हैं।

1.1 मुख्य विशेषताएँ और अनुपालन

• तीव्र प्रतिक्रिया समय: तेजी से होने वाले प्रकाशीय संकेत परिवर्तनों का पता लगाने में सक्षम बनाता है।
• उच्च फोटो संवेदनशीलता: कम प्रकाश स्तरों से मजबूत विद्युत आउटपुट प्रदान करता है।
• छोटी जंक्शन कैपेसिटेंस: RC समय स्थिरांक को कम करके उच्च-गति संचालन में योगदान देता है।
• पैकेजिंग: स्वचालित असेंबली के लिए 7-इंच व्यास के रील पर लगी 12mm टेप पर आपूर्ति।
• पर्यावरण अनुपालन: The product is Pb-free, compliant with RoHS and EU REACH regulations, and is Halogen Free (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 लक्षित अनुप्रयोग

यह फोटोडायोड विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है जिन्हें सटीक इन्फ्रारेड डिटेक्शन की आवश्यकता होती है।

• High-speed photo detectors
• Photocopiers
• गेम मशीनें और इंटरैक्टिव उपकरण
• सामान्य इन्फ्रारेड अनुप्रयोग प्रणालियाँ (जैसे, proximity sensors, data transmission)

2. तकनीकी विशिष्टताओं का गहन विश्लेषण

2.1 Absolute Maximum Ratings

इन सीमाओं से परे डिवाइस संचालित करने से स्थायी क्षति हो सकती है।

• रिवर्स वोल्टेज (V_R): 32 V
• ऑपरेटिंग तापमान (T_opr): -25°C to +85°C
• Storage Temperature (T_stg): -40°C से +85°C
• Soldering Temperature (T_sol): 260°C पर ≤5 सेकंड के लिए
• पावर डिसिपेशन (P_d): 150 mW या 25°C से कम फ्री एयर तापमान पर

2.2 इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल कैरेक्टरिस्टिक्स (T_a=25°C)

ये पैरामीटर सामान्य परिस्थितियों में फोटोडायोड के प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• Spectral Bandwidth (λ_0.5): 730 nm से 1100 nm तक। यह उपकरण निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रम में संवेदनशील है।
• शिखर संवेदनशीलता तरंगदैर्ध्य (λ_P): 940 nm। अधिकतम प्रतिसादशीलता इस अवरक्त तरंगदैर्ध्य पर होती है।
• खुला-परिपथ वोल्टेज (V_OC): आमतौर पर 940nm पर 5 mW/cm² के प्रकाश में 0.42 V।
• शॉर्ट-सर्किट करंट (I_SC): 2.0 से 12 μA (सामान्यतः 5.0 μA) जब 875nm पर 1 mW/cm² से प्रकाशित किया जाता है।
• रिवर्स लाइट करंट (I_L): 2.0 से 12 μA (सामान्यतः 5.0 μA) V_R=5V पर जब 875nm पर 1 mW/cm² से प्रकाशित किया जाता है। यह फोटोकंडक्टिव मोड में प्राथमिक संचालन पैरामीटर है।
• डार्क करंट (I_D): V_R=10V पर अधिकतम 10 nA. यह प्रकाश की अनुपस्थिति में रिसाव धारा है।
• रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_BR): न्यूनतम 32 V, I=100μA पर विशिष्ट 170 V._R=100μA.
• कुल धारिता (C_t): V=5V, f=1MHz पर विशिष्ट रूप से 5 pF._R=5V, f=1MHz. उच्च बैंडविड्थ के लिए कम धारिता महत्वपूर्ण है.
• Rise/Fall Time (t_r, t_f): Typically 6 ns each at V_R=10V, R_L=1kΩ. This specifies the speed of the electrical response to a light pulse.

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

The datasheet includes typical characteristic curves which are essential for design engineers. While specific graphical data is not provided in text form, these curves typically illustrate the relationship between key parameters, helping to predict device behavior under non-standard conditions.

3.1 Implied Curve Information

मानक फोटोडायोड विशेषताओं के आधार पर, निम्नलिखित संबंध आमतौर पर आलेखित किए जाते हैं:

• Spectral Response: एक वक्र जो सापेक्ष प्रतिक्रियाशीलता बनाम तरंगदैर्ध्य दर्शाता है, जो 940 nm पर शिखर पर होता है और 730 nm तथा 1100 nm पर आधा हो जाता है।
• करंट बनाम प्रकाशमानता (I_L बनाम E_e): एक विस्तृत श्रृंखला पर रैखिक होने की अपेक्षा है, जो एनालॉग प्रकाश मापन के लिए फोटोडायोड की उपयुक्तता की पुष्टि करता है।
• कैपेसिटेंस बनाम रिवर्स वोल्टेज (C_t vs. V_R): कैपेसिटेंस आमतौर पर रिवर्स बायस बढ़ने के साथ घटती है, जो फ्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स को प्रभावित करती है।
• डार्क करंट vs. टेम्परेचर (I_D vs. T): डार्क करंट तापमान में हर 10°C वृद्धि पर लगभग दोगुना हो जाता है, जो उच्च-तापमान संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।

4. Mechanical and Packaging Information

4.1 Package Dimensions

The photodiode comes in a subminiature round package with a 1.8mm body diameter. Detailed mechanical drawings in the datasheet specify all critical dimensions including lens height, lead spacing, and overall footprint. Tolerances are typically ±0.1mm unless otherwise noted. A suggested pad layout is provided for PCB design reference, but engineers are advised to modify it based on their specific assembly process and thermal requirements.

4.2 ध्रुवीयता पहचान और माउंटिंग

SMD पैकेज की एक विशिष्ट ओरिएंटेशन होती है। डेटाशीट ड्राइंग कैथोड और एनोड टर्मिनलों को इंगित करती है। सही ध्रुवीयता उचित सर्किट संचालन के लिए महत्वपूर्ण है। एक स्पष्ट गोलाकार लेंस वाला काला प्लास्टिक बॉडी दिशात्मक संवेदनशीलता में सहायता करता है।

5. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

उपकरण की विश्वसनीयता और प्रदर्शन बनाए रखने के लिए उचित हैंडलिंग महत्वपूर्ण है।

5.1 Storage and Moisture Sensitivity

• उपयोग के लिए तैयार होने तक नमी-रोधी बैग न खोलें।
• अनओपन्ड बैग्स को 10°C~30°C और ≤90% RH पर संग्रहित करें।
• शिपमेंट के एक वर्ष के भीतर उपयोग करें।
• खोलने के बाद, उपकरणों को 10°C~30°C और ≤60% RH पर संग्रहीत करने पर 168 घंटे (फ्लोर लाइफ) के भीतर उपयोग किया जाना चाहिए। अन्यथा, उन्हें दोबारा बेक करके एक शुष्क बैग में संग्रहीत किया जाना चाहिए।
• Baking procedure: 96 hours at 60°C ± 5°C and <5% RH.

5.2 Soldering Conditions

• Reflow Soldering: एक अनुशंसित तापमान प्रोफ़ाइल प्रदान की गई है। दो रीफ़्लो चक्रों से अधिक न करें।
• हाथ से सोल्डरिंग: Use a soldering iron with a tip temperature <350°C and power <25W. Contact time per terminal should be <3 seconds. Allow a 2-second interval between soldering each terminal to prevent thermal damage.
• हीटिंग के दौरान डिवाइस पर यांत्रिक तनाव से बचें और सोल्डरिंग के बाद PCB को वार्प होने से बचाएं।

5.3 पुनर्कार्य और मरम्मत

सोल्डरिंग के बाद मरम्मत की अनुशंसा नहीं की जाती है। यदि अपरिहार्य हो, तो दोनों टर्मिनलों को एक साथ गर्म करने और घटक को समान रूप से उठाने के लिए डबल-हेड सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करें। किसी भी रीवर्क के बाद हमेशा डिवाइस की कार्यक्षमता सत्यापित करें।

6. पैकेजिंग और ऑर्डरिंग जानकारी

6.1 टेप और रील विनिर्देश

डिवाइस को डेटाशीट में निर्दिष्ट आयामों वाली कैरियर टेप में पैक किया गया है। मानक मात्रा प्रति 7-इंच रील में 1000 टुकड़े है। टेप के आयाम मानक SMD पिक-एंड-प्लेस उपकरणों के साथ संगतता सुनिश्चित करते हैं।

6.2 लेबल जानकारी

रील लेबल में ट्रेसबिलिटी और सही असेंबली के लिए मानक जानकारी होती है: Customer Part Number (CPN), Part Number (P/N), Lot Number, Quantity, Peak Wavelength (HUE), Ranks (CAT), Reference (REF), Moisture Sensitivity Level (MSL-X), और Manufacture Origin।

7. एप्लिकेशन डिज़ाइन विचार

7.1 सर्किट सुरक्षा

महत्वपूर्ण: फोटोकंडक्टिव मोड (रिवर्स-बायस्ड) में संचालित करते समय फोटोडायोड के साथ श्रृंखला में एक बाहरी करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर का उपयोग अवश्य किया जाना चाहिए। इसके बिना, वोल्टेज में एक छोटा परिवर्तन भी बड़े करंट सर्ज का कारण बन सकता है, जिससे डिवाइस क्षतिग्रस्त हो सकता है।

7.2 बायसिंग और सिग्नल कंडीशनिंग

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

• फोटोवोल्टिक मोड (शून्य बायस): एक वोल्टेज (V_OCकम शोर प्रदान करता है लेकिन प्रतिक्रिया धीमी होती है।
• फोटोकंडक्टिव मोड (रिवर्स बायस): एक रिवर्स वोल्टेज (जैसे कि स्पेक्स में 5V) के साथ संचालित किया जाता है। यह जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है (प्रतिक्रिया को तेज करता है) और रैखिकता में सुधार करता है लेकिन डार्क करंट बढ़ाता है। फोटोकरंट (I) को उपयोगी वोल्टेज सिग्नल में बदलने के लिए आमतौर पर एक ट्रांसइम्पीडेंस एम्पलीफायर (TIA) का उपयोग किया जाता है।_L) को उपयोगी वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित करता है।

7.3 ऑप्टिकल डिज़ाइन

गोलाकार लेंस का एक विशिष्ट दृश्य कोण होता है। इष्टतम युग्मन के लिए, IR स्रोत को इस कोण के भीतर संरेखित करें। काला आवरण आंतरिक परावर्तन और परिवेशी प्रकाश से क्रॉसटॉक को कम करता है।

8. तकनीकी तुलना और पोजिशनिंग

मानक फोटोडायोड की तुलना में, PD42-21C/TR8 गति (6 ns), संवेदनशीलता (1mW/cm² पर 5 μA विशिष्ट), और एक बहुत ही कॉम्पैक्ट SMD फुटप्रिंट का संतुलन प्रदान करता है। इसकी 940nm चरम संवेदनशीलता इसे कई कम लागत वाले IR एलईडी के लिए सीधा मिलान बनाती है। बड़े सक्रिय क्षेत्र वाले उपकरणों की तुलना में कम धारिता उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए एक प्रमुख अंतरकारक है।

9. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

9.1 I_SC और I_L?

I_SC (शॉर्ट-सर्किट करंट) को डायोड के पार शून्य वोल्टेज पर मापा जाता है। I_L (रिवर्स लाइट करंट) को लागू रिवर्स बायस (जैसे, 5V) के तहत मापा जाता है। एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए PIN फोटोडायोड में, ये मान बहुत समान होते हैं, जैसा कि डेटाशीट में दिखाया गया है (दोनों टाइप. 5.0 μA)। I_L बायस्ड ऑपरेशन में सर्किट डिज़ाइन के लिए यह अधिक व्यावहारिक पैरामीटर है।

9.2 श्रृंखला रोकनेवाला का मान कैसे चुनें?

रोकनेवाला अधिकतम प्रकाश के तहत धारा को सीमित करता है। गणना करें R ≥ (आपूर्ति वोल्टेज) / (अधिकतम I_L). स्पेक्स के अनुसार, अधिकतम I_L 12 μA है। 5V बायस के लिए, R ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ होना चाहिए। एक सामान्य प्रारंभिक मान 100 kΩ है, जो जंक्शन कैपेसिटेंस के साथ मिलकर बैंडविड्थ भी निर्धारित करता है।

9.3 क्या इसका उपयोग दृश्य प्रकाश का पता लगाने के लिए किया जा सकता है?

इसकी स्पेक्ट्रल रेंज 730 nm से शुरू होती है, जो निकट-अवरक्त क्षेत्र में है। दृश्य प्रकाश (700 nm से कम तरंगदैर्ध्य) के प्रति इसकी संवेदनशीलता बहुत कम है। दृश्य प्रकाश के लिए, 550-650 nm रेंज में चरम संवेदनशीलता वाला फोटोडायोड अधिक उपयुक्त होगा।

10. व्यावहारिक उपयोग मामला उदाहरण

परिदृश्य: गेम कंट्रोलर में इन्फ्रारेड प्रॉक्सिमिटी सेंसर।

1. Component Pairing: The PD42-21C/TR8 is paired with a 940nm IR LED.
2. Circuit Design: फोटोडायोड को 100 kΩ रेसिस्टर के माध्यम से 3.3V से रिवर्स-बायस्ड किया गया है। इसका आउटपुट एक ऑप-एम्प के इनवर्टिंग इनपुट से जुड़ा है, जिसे 1 MΩ फीडबैक रेसिस्टर और एक छोटे फीडबैक कैपेसिटर (जैसे, 1 pF) के साथ एक TIA के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है ताकि प्रतिक्रिया को स्थिर किया जा सके।
3. संचालन: IR LED एक स्पंदित सिग्नल उत्सर्जित करती है। जब कोई वस्तु (जैसे, उपयोगकर्ता का हाथ) निकट आती है, तो यह IR प्रकाश को फोटोडायोड पर परावर्तित करती है। TIA बढ़ी हुई फोटोकरंट को एक मापने योग्य वोल्टेज स्पाइक में परिवर्तित करता है।
4. लाभ: फोटोडायोड की तीव्र प्रतिक्रिया तेजी से हाथ की गतिविधियों का शीघ्र पता लगाने की अनुमति देती है। इसका छोटा आकार इसे कॉम्पैक्ट नियंत्रक आवास में आसानी से फिट होने देता है। उच्च संवेदनशीलता कमजोर परावर्तित संकेतों के साथ भी विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करती है।

11. संचालन सिद्धांत

एक PIN फोटोडायोड में P-प्रकार और N-प्रकार के अर्धचालक क्षेत्रों के बीच सैंडविच किया गया एक चौड़ा, हल्का डोपित आंतरिक (I) क्षेत्र होता है। जब रिवर्स-बायस्ड किया जाता है, तो आंतरिक क्षेत्र पूरी तरह से डिप्लीट हो जाता है, जिससे एक बड़ा विद्युत क्षेत्र बनता है। अर्धचालक के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा वाले आपतित फोटॉन अवशोषित होते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन-होल युगल बनते हैं। प्रबल विद्युत क्षेत्र इन वाहकों को शीघ्रता से अलग कर देता है, जिससे एक फोटोकरंट उत्पन्न होता है जो प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है। मानक PN फोटोडायोड की तुलना में, चौड़ा आंतरिक क्षेत्र जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है (उच्च गति सक्षम करता है) और फोटॉन अवशोषण के लिए आयतन बढ़ाता है (संवेदनशीलता में सुधार करता है)।

12. Industry Trends

मिनिएचर, हाई-स्पीड फोटोडिटेक्टर्स की मांग लगातार बढ़ रही है, जो कंज्यूमर इलेक्ट्रॉनिक्स (स्मार्टफोन्स, वेयरेबल्स), ऑटोमोटिव (LiDAR, इन-कैबिन सेंसिंग), और इंडस्ट्रियल ऑटोमेशन में एप्लीकेशन्स द्वारा प्रेरित है। ट्रेंड्स में आगे मिनिएचराइजेशन, एक सिंगल चिप पर फोटोडायोड्स का एम्प्लिफिकेशन और डिजिटाइजेशन सर्किट्स के साथ इंटीग्रेशन (जैसे, इंटीग्रेटेड ऑप्टिकल सेंसर्स), और जेस्चर रिकग्निशन और 3D सेंसिंग जैसी उभरती एप्लीकेशन्स के लिए विशिष्ट वेवलेंथ बैंड्स में बेहतर परफॉर्मेंस शामिल हैं। PD42-21C/TR8 जैसे डिवाइसेज कॉस्ट-सेंसिटिव, हाई-वॉल्यूम एप्लीकेशन्स के लिए एक परिपक्व, विश्वसनीय समाधान का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनमें मजबूत इन्फ्रारेड डिटेक्शन की आवश्यकता होती है।