PD15-21B/TR8 सिलिकॉन PIN फोटोडायोड डेटाशीट - 1206 पैकेज (1.6x0.8x0.55mm) - स्पेक्ट्रल रेंज 730-1100nm - पीक 940nm - तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

PD15-21B/TR8 एक उच्च-प्रदर्शन सिलिकॉन PIN फोटोडायोड है, जो मिनिएचर सरफेस माउंट डिवाइस पैकेज में आता है। यह घटक इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम रेंज में सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो ऑप्टिकल डिटेक्शन की आवश्यकता वाले आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइनों के लिए एक कॉम्पैक्ट और विश्वसनीय समाधान प्रदान करता है।

1.1 मुख्य लाभ और उत्पाद स्थिति

यह डिवाइस सटीक सेंसिंग के लिए आवश्यक कई प्रमुख लाभ प्रदान करने के लिए तैयार किया गया है। इसमेंतीव्र प्रतिक्रिया समयहै, जो प्रकाश तीव्रता में तेज़ बदलावों का पता लगा सकता है, जो गिनती, छँटाई और स्थिति संवेदन जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। इसकीउच्च प्रकाश संवेदनशीलतासुनिश्चित करती है कि कम रोशनी की स्थिति में भी संकेतों का विश्वसनीय रूप से पता लगाया जा सके। इसके अतिरिक्त,कम जंक्शन कैपेसिटेंस有助于实现其高速性能。产品以行业标准的8mm载带、7英寸卷盘形式供货，便于自动化组装。它完全符合环保法规，为无铅、符合RoHS、符合欧盟REACH且无卤素（溴<900 ppm，氯<900 ppm，总和<1500 ppm）。

1.2 लक्षित बाजार और अनुप्रयोग

प्रमुख लक्षित बाजारों में औद्योगिक स्वचालन, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और सुरक्षा प्रणालियाँ शामिल हैं। इसका सूक्ष्म आकार और SMD रूप इसे सीमित स्थान वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श विकल्प बनाता है। विशिष्ट उपयोग के मामलों में शामिल हैं:

• माइक्रो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक स्विच:वस्तु पहचान, प्रिंटर पेपर पहचान और स्लॉट सेंसर के लिए।
• काउंटर और सॉर्टर:असेंबली लाइन पर उपस्थिति/अनुपस्थिति आधारित पार्ट्स काउंटिंग और सॉर्टिंग के लिए।
• पोजीशन सेंसर:एज डिटेक्शन, लिमिट स्विच और रोटरी एनकोडर सिस्टम के लिए।
• इन्फ्रारेड एप्लीकेशन सिस्टम:डेटा ट्रांसमिशन, प्रॉक्सिमिटी सेंसिंग और एनवायरनमेंटल लाइट सेंसिंग के लिए इन्फ्रारेड एमिटर का उपयोग करने वाले सिस्टम का एक अनिवार्य घटक।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

सही सर्किट डिजाइन और सिस्टम एकीकरण के लिए डिवाइस की विशिष्टताओं को गहराई से समझना महत्वपूर्ण है।

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग्स उन सीमाओं को परिभाषित करती हैं जो डिवाइस को स्थायी क्षति पहुँचा सकती हैं। इन सीमाओं पर या उनके निकट लगातार काम करने की अनुशंसा नहीं की जाती है।

• रिवर्स वोल्टेज (V_R):32 V. यह फोटोडायोड के आर-पार लगाया जा सकने वाला अधिकतम रिवर्स बायस वोल्टेज है।
• ऑपरेटिंग तापमान (T_opr):-25°C से +85°C. यह विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करने वाला परिवेश तापमान सीमा है।
• भंडारण तापमान (T_stg):-40°C से +85°C। यह डिवाइस की गैर-कार्यशील स्थिति में भंडारण तापमान सीमा है।
• सोल्डरिंग तापमान (T_sol):अधिकतम 260°C, अवधि 5 सेकंड से अधिक नहीं। यह पीक रीफ्लो सोल्डरिंग तापमान को परिभाषित करता है।
• पावर डिसिपेशन (P_d):फ्री एयर तापमान 25°C या उससे कम होने पर 150 mW। यह डिवाइस द्वारा सुरक्षित रूप से संभाले जा सकने वाली कुल विद्युत शक्ति को सीमित करता है।

2.2 Electro-Optical Characteristics

ये पैरामीटर 25°C मानक तापमान पर मापे गए हैं, जो फोटोडायोड की मुख्य संवेदन क्षमता को परिभाषित करते हैं।

• स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ (λ_0.5):730 nm से 1100 nm। यह वह तरंगदैर्ध्य सीमा है जिस पर फोटोडायोड की प्रतिक्रियाशीलता उसके शिखर मान की कम से कम आधी होती है। यह इसकी निकट-अवरक्त प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता को दर्शाता है।
• पीक संवेदनशीलता तरंगदैर्ध्य (λ_P):940 nm (टाइपिकल)। यह डिवाइस स्पेक्ट्रली उन सामान्य अवरक्त एमिटिंग डायोड से मेल खाता है जो इस तरंगदैर्ध्य पर कार्य करते हैं, जिससे सिस्टम दक्षता अधिकतम होती है।
• शॉर्ट-सर्किट करंट (I_SC):940nm तरंगदैर्ध्य और 1 mW/cm² की विकिरणता (E_e) पर, टाइपिकल मान 0.8 μA है। यह फोटोडायोड द्वारा फोटोवोल्टाइक मोड (शून्य बायस) में कार्य करते समय उत्पन्न प्रकाश-धारा है।
• रिवर्स लाइट करंट (I_L):940nm तरंगदैर्ध्य, 1 mW/cm² विकिरण तीव्रता, और 5V के रिवर्स बायस वोल्टेज (V_R) की स्थिति में, न्यूनतम मान 0.2 μA और विशिष्ट मान 0.8 μA है। यह पैरामीटर फोटोकंडक्टिव मोड संचालन से संबंधित है, जहां गति और रैखिकता बढ़ाने के लिए बाहरी रिवर्स बायस वोल्टेज लगाया जाता है।
• डार्क करंट (I_D):) पूर्ण अंधकार (E_R=0) और V_e=10V की स्थिति में, अधिकतम मान 10 nA है। यह एक छोटी लीकेज करंट है जो प्रकाश की अनुपस्थिति में भी प्रवाहित होती है। अच्छा सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात प्राप्त करने के लिए कम डार्क करंट महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से कम प्रकाश अनुप्रयोगों में।
• रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (BV_R):) को 100 μA की रिवर्स करंट पर मापा जाता है, जिसका न्यूनतम मान 32 V और विशिष्ट मान 170 V है। यह इंगित करता है कि इसका ब्रेकडाउन वोल्टेज बहुत अधिक है, जो 32V के पूर्ण अधिकतम रेटेड मान से नीचे काम करने के लिए पर्याप्त ऑपरेटिंग मार्जिन प्रदान करता है।

3. Performance Curve Analysis

डेटाशीट में कई विशेषता वक्र प्रदान किए गए हैं, जो दर्शाते हैं कि मुख्य पैरामीटर ऑपरेटिंग स्थितियों के साथ कैसे बदलते हैं।

3.1 Power Derating

चित्र 1: पावर खपत और परिवेश तापमान संबंध आरेखयह दर्शाता है कि कैसे अधिकतम अनुमेय पावर खपत 25°C से अधिक परिवेश तापमान बढ़ने के साथ कम होती है। डिजाइनरों को थर्मल अतिबल से बचने के लिए पावर खपत का तदनुसार डेरेटिंग करना चाहिए।

3.2 Spectral Response

चित्र 2: स्पेक्ट्रल संवेदनशीलतायह ग्राफिक रूप से पूर्ण स्पेक्ट्रम पर फोटोडायोड की सापेक्ष रिस्पॉन्सिविटी को दर्शाता है, जो 940nm पर इसकी चरम प्रतिक्रिया और परिभाषित 730-1100nm बैंडविड्थ की पुष्टि करता है।

3.3 तापमान निर्भरता

चित्र 3: डार्क करंट और परिवेश के तापमान के बीच संबंध आरेखयह दर्शाता है कि डार्क करंट लगभग प्रत्येक 10°C वृद्धि पर दोगुना हो जाता है। यह एक अर्धचालक का मूलभूत गुण है, जिसे उच्च तापमान या सटीक अनुप्रयोगों में ध्यान में रखा जाना चाहिए।चित्र 4: रिवर्स फोटोकरंट और विकिरणता संबंध आरेख (E_e)यह आपतित प्रकाश शक्ति और उत्पन्न फोटोकरंट के बीच रैखिक संबंध प्रदर्शित करता है, जो एक PIN फोटोडायोड की एक प्रमुख विशेषता है।

3.4 कोणीय प्रतिक्रिया

चित्र 5: सापेक्ष विकिरण तीव्रता और कोणीय विस्थापन संबंध आरेखयह डिवाइस की दिशात्मक संवेदनशीलता दर्शाता है। गोलाकार लेंस वाला काला एपॉक्सी पैकेज एक विशिष्ट देखने का कोण प्रदान करता है, जो इस बात को प्रभावित करता है कि सिस्टम डिज़ाइन में फोटोडायोड को प्रकाश स्रोत के साथ कैसे संरेखित किया जाना चाहिए।

4. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

4.1 पैकेज आयाम

यह डिवाइस मानक 1206 (3216 मीट्रिक) SMD पैकेज आयामों का अनुपालन करती है: लंबाई लगभग 1.6mm, चौड़ाई लगभग 0.8mm, और ऊंचाई लगभग 0.55mm (लेंस गुंबद को छोड़कर)। PCB पैड पैटर्न डिजाइन के लिए ±0.1mm सहनशीलता के साथ विस्तृत आयाम चित्र प्रदान किया गया है। संदर्भ के रूप में एक अनुशंसित पैड लेआउट दिया गया है, लेकिन डिजाइनरों को अपनी विशिष्ट PCB निर्माण प्रक्रिया और थर्मल आवश्यकताओं के आधार पर इसे संशोधित करने की सलाह दी जाती है।

4.2 ध्रुवीयता पहचान

फोटोडायोड काले एपॉक्सी से ढला हुआ है। कैथोड पिन आमतौर पर पैकेज आउटलाइन ड्राइंग में चिह्नित या पहचाना जाता है। रिवर्स बायस (फोटोकंडक्टिव) मोड में उचित संचालन के लिए सही ध्रुवीयता कनेक्शन महत्वपूर्ण है।

5. सोल्डरिंग एवं असेंबली दिशानिर्देश

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

5.1 भंडारण एवं नमी संवेदनशीलता

该器件对湿气敏感。防潮袋应在准备使用时才能打开。打开后，在10-30°C和≤60% RH条件下储存时，其"车间寿命"为168小时（7天）。未使用的器件必须重新装入干燥剂袋中。如果超过车间寿命或干燥剂指示已吸湿，则在使用前需要在60°C ±5°C和<5% RH条件下烘烤96小时。

5.2 रीफ्लो सोल्डरिंग

लीड-फ्री सोल्डर तापमान प्रोफाइल का उपयोग करने की सलाह दी जाती है, जिसमें पीक तापमान 260°C हो और अवधि 5 सेकंड से अधिक न हो। रीफ्लो सोल्डरिंग की संख्या दो बार से अधिक नहीं होनी चाहिए। हीटिंग के दौरान घटक बॉडी पर तनाव लगाने और सोल्डरिंग के बाद PCB वार्पिंग से बचना अनिवार्य है।

5.3 हैंड सोल्डरिंग एवं रिपेयर

यदि हैंड सोल्डरिंग अनिवार्य है, तो कृपया 350°C से कम टिप तापमान और 25W या उससे कम शक्ति वाले सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करें। प्रत्येक पिन के साथ संपर्क का समय 3 सेकंड से कम होना चाहिए, और प्रत्येक पिन को सोल्डर करने के बीच कम से कम 2 सेकंड का अंतराल होना चाहिए। रीवर्क की दृढ़ता से अनुशंसा नहीं की जाती है। यदि यह अपरिहार्य है, तो दोनों पिनों को एक साथ गर्म करने के लिए एक समर्पित ड्यूल-टिप सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करना चाहिए, और उपकरण के गुणों पर प्रभाव का पूर्व सत्यापन अवश्य करना चाहिए।

6. पैकेजिंग एवं ऑर्डर जानकारी

6.1 कैरियर टेप एवं रील विनिर्देश

उत्पाद 8mm चौड़ी एम्बॉस्ड कैरियर टेप, 7 इंच (178mm) व्यास वाली रील में आपूर्ति किया जाता है। प्रत्येक रील में 2000 टुकड़े होते हैं। स्वचालित प्लेसमेंट उपकरणों के साथ संगतता सुनिश्चित करने के लिए विस्तृत कैरियर टेप और रील आयाम प्रदान किए गए हैं।

6.2 लेबल विनिर्देश

रील लेबल में मानक जानकारी शामिल होती है, जैसे ग्राहक पार्ट नंबर, निर्माता पार्ट नंबर, बैच नंबर, मात्रा, पीक वेवलेंथ, ग्रेड, संदर्भ संख्या, नमी संवेदनशीलता स्तर और मूल देश।

7. अनुप्रयोग डिज़ाइन विचार

7.1 सर्किट सुरक्षा

महत्वपूर्ण ध्यान देने योग्य बातें:स्पेसिफिकेशन शीट स्पष्ट रूप से चेतावनी देती है,अवश्यफोटोडायोड के साथ श्रृंखला में एक बाह्य करंट-सीमित रोकनेवाला लगाएं। इस रोकनेवाला के बिना, वोल्टेज में मामूली बदलाव से करंट में भारी बदलाव हो सकता है, जिससे डिवाइस तुरंत जल सकता है। रोकनेवाला का मान पावर सप्लाई वोल्टेज और अधिकतम अपेक्षित फोटोकरंट के आधार पर गणना करनी चाहिए।

7.2 बायस मोड

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

1. फोटोवोल्टिक (शून्य बायस) मोड:प्रकाश के संपर्क में आने पर फोटोडायोड वोल्टेज/धारा उत्पन्न करता है, बाहरी बायस लागू किए बिना। यह मोड अत्यंत कम डार्क करंट और शोर प्रदान करता है, लेकिन प्रतिक्रिया समय धीमा होता है।
2. फोटोकंडक्टिव (रिवर्स बायस) मोड:एक बाहरी रिवर्स वोल्टेज लागू किया जाता है (उदाहरण के लिए, परीक्षण स्थितियों में 5V)। यह डिप्लेशन क्षेत्र को चौड़ा करता है, जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है, जिससे गति और बैंडविड्थ में सुधार होता है। यह रैखिकता में भी सुधार करता है, लेकिन डार्क करंट बढ़ा देता है।

चयन गति बनाम शोर प्रदर्शन के लिए एप्लिकेशन की आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

7.3 एम्पलीफायर इंटरफेस

कमजोर फोटोकरंट (μA स्तर) को प्रवर्धित करने के लिए, आमतौर पर एक ट्रांसइम्पीडेंस एम्पलीफायर सर्किट का उपयोग किया जाता है। यह सर्किट फोटोडायोड करंट को आनुपातिक आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करता है। TIA डिजाइन के प्रमुख विचारों में कम इनपुट बायस करंट और कम शोर वाले ऑप-एम्प का चयन, और वांछित लाभ और बैंडविड्थ प्राप्त करते हुए स्थिरता बनाए रखने के लिए फीडबैक रेसिस्टर और कैपेसिटेंस की गणना शामिल है।

8. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

फोटोट्रांजिस्टर की तुलना में, इस सिलिकॉन PIN फोटोडायोड ने अपने आंतरिक क्षेत्र के कारण कम कैपेसिटेंस प्रदान करते हुए बेहतर गति और रैखिकता प्रदान की है। इसकी प्रतिक्रिया विशुद्ध रूप से आपतित प्रकाश पर निर्भर करती है, फोटोट्रांजिस्टर की तरह करंट गेन नहीं होता, जो धीमा और कम रैखिक हो सकता है। अन्य फोटोडायोड की तुलना में, इसका 1206 पैकेज लघुकरण और आसान हैंडलिंग/असेंबली के बीच एक अच्छा संतुलन प्रदान करता है, जबकि इसका उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज और 940nm इन्फ्रारेड एमिटिंग डायोड के साथ स्पेक्ट्रल मिलान, लक्षित इन्फ्रारेड सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ है।

9. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

9.1 I_SCऔर I_L?

I_SC(शॉर्ट-सर्किट करंट) का मापन तब किया जाता है जब डायोड के दोनों सिरों पर वोल्टेज शून्य (फोटोवोल्टिक मोड) होता है। I_L(रिवर्स फोटोकरंट) का मापन तब किया जाता है जब एक रिवर्स बायस वोल्टेज (फोटोकंडक्टिव मोड) लगाया जाता है। PIN फोटोडायोड के लिए, I_Lआमतौर पर I के बहुत करीब_SC。

9.2 प्रतिरोध को श्रृंखला में क्यों जोड़ना चाहिए?

प्रकाश के अंतर्गत, एक फोटोडायोड मूलतः एक धारा स्रोत के समान होता है। यदि बिना श्रृंखला प्रतिरोध के सीधे वोल्टेज स्रोत से जोड़ा जाता है, तो धारा को सीमित करने का कोई तंत्र नहीं होता, जिससे अत्यधिक शक्ति अपव्यय और तत्काल विफलता हो सकती है।

9.3 कार्यशील रिवर्स वोल्टेज का चयन कैसे करें?

फोटोकंडक्टिव मोड के लिए, 5V से लेकर 32V की अधिकतम रेटिंग से सुरक्षित रूप से कम के बीच किसी भी रिवर्स वोल्टेज का उपयोग किया जा सकता है। उच्च रिवर्स बायस आगे कैपेसिटेंस को कम करेगा (गति बढ़ाएगा), लेकिन डार्क करंट में भी मामूली वृद्धि करेगा। सामान्य कार्य बिंदु 5V या 12V हैं।

10. डिज़ाइन एवं उपयोग केस स्टडी

केस: कन्वेयर बेल्ट पर वस्तुओं की गिनती

एक इन्फ्रारेड LED (940nm) कन्वेयर बेल्ट के एक तरफ रखा गया है, और PD15-21B/TR8 फोटोडायोड सीधे उसके सामने रखा गया है। जब कोई वस्तु उनके बीच से गुजरती है, तो वह इन्फ्रारेड बीम को बाधित करती है। फोटोडायोड फोटोकंडक्टिव मोड में काम करता है, जिसे सुरक्षा के लिए एक 10kΩ श्रृंखला रोकनेवाला के माध्यम से 5V रिवर्स बायस प्रदान किया जाता है। माइक्रोकंट्रोलर लोड रोकनेवाला पर वोल्टेज ड्रॉप (या फोटोडायोड से जुड़े ट्रांसइम्पेडेंस एम्पलीफायर के आउटपुट) की निगरानी करता है। इस वोल्टेज में अचानक गिरावट वस्तु की उपस्थिति को दर्शाती है, जो गिनती को ट्रिगर करती है। फोटोडायोड का त्वरित प्रतिक्रिया समय उच्च गति से चलने वाली वस्तुओं की सटीक गिनती की अनुमति देता है। 1206 पैकेज का छोटा आकार कॉम्पैक्ट सेंसर हेड में एकीकरण को आसान बनाता है।

11. कार्य सिद्धांत

PIN फोटोडायोड एक अर्धचालक उपकरण है जिसमें P-प्रकार और N-प्रकार क्षेत्रों के बीच एक चौड़ा, हल्का डोप किया गया आंतरिक क्षेत्र होता है। जब अर्धचालक के बैंड गैप से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन डिवाइस से टकराते हैं, तो वे आंतरिक क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करते हैं। अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र (या बाहरी रूप से लागू रिवर्स बायस) के प्रभाव में, ये आवेश वाहक अलग हो जाते हैं, जिससे आपतित प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती एक फोटोकरंट उत्पन्न होता है। आंतरिक क्षेत्र जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है, जिससे मानक PN फोटोडायोड की तुलना में प्रतिक्रिया समय तेज हो जाता है।

12. उद्योग रुझान

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में रुझान आगे लघुकरण, उच्च एकीकरण और बेहतर प्रदर्शन की ओर बढ़ रहे हैं। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (स्मार्टफोन, वियरेबल्स), ऑटोमोटिव (लिडार, ड्राइवर मॉनिटरिंग) और औद्योगिक IoT में सेंसरों की बढ़ती मांग है। PD15-21B/TR8 जैसे फोटोडायोड, जो प्रदर्शन, आकार और लागत के बीच संतुलन बनाते हैं, इन बाजारों के लिए आदर्श रूप से अनुकूल हैं। भविष्य के विकास में ऑन-चिप एम्प्लिफिकेशन और डिजिटल इंटरफेस के साथ एकीकृत फोटोडायोड, साथ ही स्पेक्ट्रल विश्लेषण अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट तरंगदैर्ध्य-संवेदी उपकरण शामिल हो सकते हैं।

अस्वीकरण: इस दस्तावेज़ में प्रदान की गई जानकारी केवल तकनीकी संदर्भ के लिए है। डिजाइनरों को सभी मापदंडों को सत्यापित करना चाहिए और यह सुनिश्चित करना चाहिए कि उनका अनुप्रयोग निर्दिष्ट पूर्ण अधिकतम रेटिंग सीमा के भीतर संचालित हो। प्रदर्शन परिचालन स्थितियों के आधार पर भिन्न हो सकता है।