1.8mm गोल सबमिनिएचर सिलिकॉन पिन फोटोडायोड PD42-21B/TR8 डेटाशीट - आयाम 1.8mm व्यास - ब्लैक लेंस - हिन्दी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

PD42-21B/TR8 एक उच्च-गति, उच्च-संवेदनशील सिलिकॉन पिन फोटोडायोड है जिसे इन्फ्रारेड डिटेक्शन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह घटक एक मिनिएचर 1.8mm व्यास के गोलाकार टॉप-व्यू लेंस सतह-माउंट डिवाइस (एसएमडी) पैकेज में ब्लैक प्लास्टिक मोल्ड के साथ रखा गया है, जो सामान्य इन्फ्रारेड उत्सर्जक डायोड से मेल खाने के लिए स्पेक्ट्रल रूप से अनुकूलित है। इसका प्राथमिक कार्य आपतित प्रकाश, विशेष रूप से इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में, को विद्युत धारा में परिवर्तित करना है।

डिवाइस के मुख्य लाभ इसकी त्वरित प्रतिक्रिया समय, उच्च फोटोसंवेदनशीलता और छोटी जंक्शन कैपेसिटेंस से आते हैं, जो इसे त्वरित और विश्वसनीय प्रकाश पहचान की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं। इसे टेप-एंड-रील प्रारूप में आपूर्ति की जाती है जो स्वचालित असेंबली प्रक्रियाओं के साथ संगत है, और यह आधुनिक पर्यावरणीय मानकों का पालन करते हुए लीड-फ्री (Pb-मुक्त), RoHS अनुपालन, EU REACH अनुपालन और हैलोजन-मुक्त है।

2. तकनीकी पैरामीटर गहन विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

ये रेटिंग्स उन सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके बाद डिवाइस को स्थायी क्षति हो सकती है। इन स्थितियों के तहत संचालन की गारंटी नहीं है।

• रिवर्स वोल्टेज (VR):32 V - फोटोडायोड टर्मिनलों पर रिवर्स बायस में लगाया जा सकने वाला अधिकतम वोल्टेज।
• संचालन तापमान (Topr):-25°C से +85°C - सामान्य डिवाइस संचालन के लिए परिवेश तापमान सीमा।
• भंडारण तापमान (Tstg):-40°C से +85°C - गैर-संचालन भंडारण के लिए तापमान सीमा।
• सोल्डरिंग तापमान (Tsol):अधिकतम 5 सेकंड के लिए 260°C - रीफ्लो सोल्डरिंग के दौरान शिखर तापमान सीमा।
• शक्ति अपव्यय (Pd):25°C पर 150 mW - डिवाइस द्वारा अपव्यय की जा सकने वाली अधिकतम शक्ति।

2.2 इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल विशेषताएँ

ये पैरामीटर, 25°C पर मापे गए, निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत फोटोडायोड के प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ (λ0.5):730 nm से 1100 nm - तरंग दैर्ध्य सीमा जहां फोटोडायोड की प्रतिक्रियाशीलता इसके शिखर मूल्य का कम से कम आधा है। यह इसकी संवेदनशीलता विंडो को परिभाषित करता है।
• शिखर संवेदनशीलता तरंग दैर्ध्य (λP):940 nm (सामान्य) - प्रकाश की तरंग दैर्ध्य जिस पर फोटोडायोड सबसे अधिक संवेदनशील है। यह इसे सामान्य 940nm IR एलईडी के साथ संरेखित करता है।
• ओपन-सर्किट वोल्टेज (VOC):Ee=5 mW/cm², λP=940nm पर 0.42 V (सामान्य) - प्रकाश के तहत फोटोडायोड टर्मिनलों के पार उत्पन्न वोल्टेज जब कोई धारा नहीं खींची जाती है (ओपन सर्किट)।
• शॉर्ट-सर्किट करंट (ISC):Ee=1 mW/cm², λP=875nm पर 4.0 μA (सामान्य) - प्रकाश के तहत फोटोडायोड से प्रवाहित धारा जब इसके टर्मिनल शॉर्ट-सर्किट किए जाते हैं।
• रिवर्स लाइट करंट (IL):Ee=1 mW/cm², λP=875nm, VR=5V पर 4.0 μA (सामान्य) - डिवाइस के रिवर्स-बायस्ड होने पर उत्पन्न फोटोकरंट। यह अधिकांश डिटेक्शन सर्किट के लिए प्राथमिक संचालन पैरामीटर है।
• डार्क करंट (ID):VR=10V पर 10 nA (अधिकतम) - छोटी रिवर्स लीकेज धारा जो तब प्रवाहित होती है जब डिवाइस पूर्ण अंधकार में होती है। कम मान बेहतर सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात को इंगित करते हैं।
• रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (VBR):IR=100μA पर 32 V (न्यूनतम), 170 V (सामान्य) - वह वोल्टेज जिस पर रिवर्स करंट तेजी से बढ़ता है। इस वोल्टेज के निकट या ऊपर संचालन से क्षति हो सकती है।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट में विशिष्ट विशेषता वक्र शामिल हैं जो एकल-बिंदु विनिर्देशों से परे डिवाइस व्यवहार की दृश्य अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

3.1 स्पेक्ट्रल संवेदनशीलता (चित्र 1)

यह वक्र आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के विरुद्ध फोटोडायोड की सापेक्ष प्रतिक्रियाशीलता को आलेखित करता है। यह ग्राफिक रूप से 940nm पर स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ और शिखर संवेदनशीलता की पुष्टि करता है। वक्र लगभग 700nm से संवेदनशीलता में तेज वृद्धि दिखाता है, 940nm पर शिखर पर पहुंचता है, और फिर 1100nm की ओर धीरे-धीरे कम होता है। यह आकार सिलिकॉन-आधारित फोटोडिटेक्टरों की विशेषता है।

3.2 रिवर्स लाइट करंट बनाम विकिरण (चित्र 2)

यह ग्राफ उत्पन्न फोटोकरंट (IL) और आपतित प्रकाश शक्ति घनत्व (Ee) के बीच संबंध को दर्शाता है। फोटोकंडक्टिव मोड (रिवर्स-बायस्ड) में संचालित होने वाले पिन फोटोडायोड के लिए, यह संबंध आमतौर पर एक विस्तृत श्रृंखला में रैखिक होता है। यह रैखिकता एनालॉग प्रकाश संवेदन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जहां आउटपुट सिग्नल सीधे प्रकाश तीव्रता के समानुपाती होना चाहिए।

4. यांत्रिक और पैकेज सूचना

4.1 पैकेज आयाम

PD42-21B/TR8 एक गोल सबमिनिएचर डिवाइस है जिसका बॉडी व्यास 1.8mm है। विस्तृत यांत्रिक चित्र सभी महत्वपूर्ण आयाम प्रदान करता है जिसमें समग्र ऊंचाई, लेंस आकार, लीड स्पेसिंग और पैड सिफारिशें शामिल हैं। सुझाया गया पैड लेआउट संदर्भ के लिए है; डिजाइनरों को अपने विशिष्ट पीसीबी डिजाइन नियमों और थर्मल/यांत्रिक आवश्यकताओं के आधार पर समायोजित करना चाहिए। सभी आयामी सहनशीलताएं आमतौर पर ±0.1mm हैं जब तक कि अन्यथा निर्दिष्ट न हो।

4.2 ध्रुवता पहचान

डिवाइस के दो टर्मिनल हैं। रिवर्स-बायस्ड सर्किट में उचित संचालन के लिए सही ध्रुवता कनेक्शन आवश्यक है। डेटाशीट चित्र कैथोड और एनोड को इंगित करता है। आमतौर पर, लंबी लीड या पैकेज पर एक विशिष्ट चिह्न कैथोड को दर्शाता है। कैथोड को अधिक सकारात्मक वोल्टेज (रिवर्स बायस में) से जोड़ना मानक संचालन स्थिति है।

4.3 पैकेजिंग विनिर्देश

घटक को 7-इंच व्यास के रील्स पर उभरे हुए कैरियर टेप में आपूर्ति की जाती है। टेप आयाम (पॉकेट आकार, पिच, आदि) मानक एसएमडी पिक-एंड-प्लेस उपकरणों के साथ संगतता सुनिश्चित करने के लिए निर्दिष्ट किए गए हैं। प्रत्येक रील में 1000 टुकड़े होते हैं, जो मध्यम-मात्रा उत्पादन के लिए एक सामान्य मात्रा है।

5. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

5.1 रीफ्लो सोल्डरिंग प्रोफाइल

डिवाइस लीड-फ्री (Pb-मुक्त) रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है। अधिकतम शिखर तापमान 260°C से अधिक नहीं होना चाहिए, और 260°C से ऊपर का समय सीमित होना चाहिए। रीफ्लो चक्रों की कुल संख्या दो से अधिक नहीं होनी चाहिए ताकि प्लास्टिक पैकेज और आंतरिक डाई अटैच को थर्मल स्ट्रेस क्षति से बचाया जा सके।

5.2 हैंड सोल्डरिंग

यदि मैनुअल सोल्डरिंग आवश्यक है, तो अत्यधिक सावधानी बरतनी चाहिए। सोल्डरिंग आयरन टिप तापमान 350°C से नीचे होना चाहिए, और प्रति लीड संपर्क समय 3 सेकंड या उससे कम सीमित होना चाहिए। कम-शक्ति वाले आयरन (≤25W) की सिफारिश की जाती है। स्थानीय अधिक गर्म होने से बचने के लिए प्रत्येक टर्मिनल को सोल्डर करने के बीच एक शीतलन अंतराल की अनुमति दी जानी चाहिए।

5.3 पुनर्कार्य और मरम्मत

प्रारंभिक सोल्डरिंग के बाद पुनर्कार्य की दृढ़ता से हतोत्साहित किया जाता है। यदि अपरिहार्य है, तो दोनों टर्मिनलों को एक साथ गर्म करने के लिए एक विशेष डबल-हेड सोल्डरिंग आयरन का उपयोग किया जाना चाहिए, ताकि अत्यधिक यांत्रिक तनाव लगाए बिना सुरक्षित हटाने की अनुमति मिल सके। पुनर्कार्य से डिवाइस प्रदर्शन पर संभावित प्रभाव का पहले से मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

6. भंडारण और हैंडलिंग सावधानियां

• नमी संवेदनशीलता:डिवाइस नमी-संवेदनशील है। उपयोग के लिए तैयार होने तक बैग नहीं खोलना चाहिए। पूर्व-सशर्त भंडारण ≤30°C और ≤90% RH पर होना चाहिए।
• फ्लोर लाइफ:नमी बैरियर बैग खोलने के बाद, घटकों को 168 घंटे (7 दिन) के भीतर उपयोग किया जाना चाहिए यदि ≤30°C और ≤60% RH पर संग्रहीत किया गया हो।
• बेकिंग:यदि भंडारण समय से अधिक हो जाता है या डिसिकेंट उच्च आर्द्रता को इंगित करता है, तो अवशोषित नमी को हटाने और रीफ्लो के दौरान "पॉपकॉर्निंग" को रोकने के लिए 60±5°C पर 24 घंटे के लिए बेकिंग उपचार की आवश्यकता होती है।

7. अनुप्रयोग सुझाव

7.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

प्राथमिक अनुप्रयोग एक उच्च-गति फोटोडिटेक्टर के रूप में है। एक विशिष्ट सर्किट में, फोटोडायोड को इसकी अधिकतम रेटिंग (जैसे, परीक्षण स्थिति में 5V) से नीचे वोल्टेज के साथ रिवर्स-बायस्ड किया जाता है। फोटोकरंट (IL) एक लोड रेसिस्टर (RL) के माध्यम से प्रवाहित होता है। RL के पार वोल्टेज ड्रॉप, जो प्रकाश तीव्रता के समानुपाती होता है, फिर एक बाद के ट्रांसइम्पीडेंस एम्पलीफायर (TIA) या वोल्टेज एम्पलीफायर द्वारा प्रवर्धित किया जाता है। त्वरित प्रतिक्रिया समय इसे पल्स्ड लाइट डिटेक्शन और डेटा संचार के लिए उपयुक्त बनाता है।

7.2 डिजाइन विचार

• बायस वोल्टेज:इष्टतम गति और रैखिकता के लिए एक रिवर्स बायस वोल्टेज (जैसे, 5V) की सिफारिश की जाती है। उच्च बायस जंक्शन कैपेसिटेंस को और कम कर सकता है, बैंडविड्थ बढ़ा सकता है, लेकिन VBR से नीचे रहना चाहिए।_R.
• करंट लिमिटिंग/सुरक्षा:जैसा कि सावधानियों में नोट किया गया है, फोटोडायोड स्वयं करंट को सीमित नहीं करता है। ऐसे सर्किट में जहां यह उच्च-तीव्रता वाले प्रकाश के संपर्क में आ सकता है या गलत तरीके से जुड़ा हो सकता है, जंक्शन को क्षति पहुंचाने वाली अत्यधिक धारा को रोकने के लिए एक श्रृंखला रोकनेवाला आवश्यक हो सकता है।
• ऑप्टिकल डिजाइन:ब्लैक लेंस आवारा प्रकाश संवेदनशीलता को कम करने में मदद करता है। इष्टतम प्रदर्शन के लिए, फोटोडायोड को एक आईआर स्रोत (जैसे 850nm या 940nm एलईडी) और संभावित रूप से एक ऑप्टिकल फिल्टर के साथ जोड़ा जाना चाहिए ताकि अवांछित परिवेशी प्रकाश, विशेष रूप से दृश्य प्रकाश जिसे यह कुछ हद तक पहचान सकता है, को अवरुद्ध किया जा सके।

7.3 अनुप्रयोग परिदृश्य

• उच्च-गति फोटो डिटेक्शन:लाइट बैरियर सिस्टम, वस्तु गिनती, और एनकोडर के लिए उपयुक्त है जहां त्वरित चालू/बंद प्रकाश संक्रमणों का पता लगाने की आवश्यकता होती है।
• कॉपियर और स्कैनर:दस्तावेज़ उपस्थिति, पेपर जाम का पता लगाने के लिए एक सेंसर के रूप में, या संपर्क छवि सेंसर (CIS) में छवि संवेदन सरणी के हिस्से के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
• गेम मशीन और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स:आईआर रिमोट कंट्रोल रिसीवर, प्रॉक्सिमिटी सेंसर और जेस्चर रिकग्निशन सिस्टम में उपयोग किया जाता है।
• इन्फ्रारेड अनुप्रयोग प्रणालियाँ:कोई भी प्रणाली जो डेटा ट्रांसमिशन, दूरी मापन (टाइम-ऑफ-फ्लाइट), या सरल उपस्थिति पहचान के लिए मॉड्यूलेटेड या पल्स्ड इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग करती है।

8. तकनीकी तुलना और विभेदन

मानक पीएन फोटोडायोड की तुलना में, पिन संरचना प्रमुख लाभ प्रदान करती है: एक व्यापक डिप्लेशन क्षेत्र ("I" या आंतरिक परत) जिसके परिणामस्वरूपकम जंक्शन कैपेसिटेंस(तेज प्रतिक्रिया सक्षम करना) होती है और यह इसे कम रिवर्स बायस वोल्टेज पर कुशलतापूर्वक संचालित करने की अनुमति देती है। छोटा 1.8mm पैकेज इसे स्थान-सीमित डिजाइनों के लिए आदर्श बनाता है। ब्लैक लेंस क्लियर-लेंस वेरिएंट की तुलना में अंतर्निहित दृश्य प्रकाश दमन की एक डिग्री प्रदान करता है, जो आईआर-विशिष्ट अनुप्रयोगों में लाभकारी है।

9. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी पैरामीटर के आधार पर)

प्रश्न: शॉर्ट-सर्किट करंट (ISC) और रिवर्स लाइट करंट (IL) में क्या अंतर है?_SCउत्तर: ISC को डायोड के पार शून्य वोल्टेज (फोटोवोल्टाइक मोड) के साथ मापा जाता है। IL को लागू रिवर्स बायस (फोटोकंडक्टिव मोड) के साथ मापा जाता है। IL आमतौर पर सर्किट डिजाइन में उपयोग किया जाने वाला पैरामीटर है क्योंकि यह अधिक स्थिर और रैखिक है, और रिवर्स बायस प्रतिक्रिया को तेज करता है।_Lप्रश्न: डार्क करंट महत्वपूर्ण क्यों है?

उत्तर: डार्क करंट फोटोडायोड का नॉइज़ फ्लोर है। कम रोशनी वाले अनुप्रयोगों में, एक उच्च डार्क करंट छोटे फोटोकरंट सिग्नल को छिपा सकता है, संवेदनशीलता और सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात को कम कर सकता है। सिलिकॉन फोटोडायोड के लिए अधिकतम 10 nA विनिर्देश काफी कम है।_SCप्रश्न: क्या मैं इसे दृश्य प्रकाश स्रोत के साथ उपयोग कर सकता हूँ?_Lउत्तर: हाँ, लेकिन कम दक्षता के साथ। स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया वक्र दर्शाता है कि यह ~730nm से संवेदनशील है, इसलिए यह लाल और निकट-इन्फ्रारेड प्रकाश को अच्छी तरह से पहचानेगा। दृश्य प्रकाश (जैसे, नीला या हरा) के साथ इष्टतम प्रदर्शन के लिए, एक अलग स्पेक्ट्रल पीक वाला फोटोडायोड अधिक उपयुक्त होगा।_L10. संचालन सिद्धांत

एक पिन फोटोडायोड एक अर्धचालक उपकरण है जिसमें एक पी-टाइप क्षेत्र, एक आंतरिक (अडॉप्टेड) क्षेत्र और एक एन-टाइप क्षेत्र होता है। जब रिवर्स-बायस्ड किया जाता है, तो एक व्यापक डिप्लेशन क्षेत्र मुख्य रूप से आंतरिक परत के पार बनता है। अर्धचालक के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा वाले आपतित फोटॉन अवशोषित हो जाते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनते हैं। डिप्लेशन क्षेत्र में मजबूत विद्युत क्षेत्र इन युग्मों को तेजी से अलग कर देता है, जिससे वे संबंधित टर्मिनलों की ओर बहते हैं, जिससे एक फोटोकरंट उत्पन्न होता है जो आपतित प्रकाश तीव्रता के समानुपाती होता है। आंतरिक परत कैपेसिटेंस को कम करती है और व्यापक क्षेत्र में कुशल वाहक संग्रह की अनुमति देती है, गति और क्वांटम दक्षता को बढ़ाती है।

A: Dark current is the noise floor of the photodiode. In low-light applications, a high dark current can mask the small photocurrent signal, reducing sensitivity and signal-to-noise ratio. The max 10 nA spec is quite low for a silicon photodiode.

Q: Can I use this with a visible light source?

A: Yes, but with reduced efficiency. The spectral response curve shows it is sensitive from ~730nm, so it will detect red and near-infrared light well. For optimal performance with visible light (e.g., blue or green), a photodiode with a different spectral peak would be more appropriate.

. Operational Principles

A PIN photodiode is a semiconductor device with a p-type region, an intrinsic (undoped) region, and an n-type region. When reverse-biased, a wide depletion region forms primarily across the intrinsic layer. Incident photons with energy greater than the semiconductor's bandgap are absorbed, creating electron-hole pairs. The strong electric field in the depletion region swiftly separates these pairs, causing them to drift to the respective terminals, thereby generating a photocurrent that is proportional to the incident light intensity. The intrinsic layer reduces capacitance and allows efficient carrier collection across a wider area, enhancing speed and quantum efficiency.