Spesifikasi Teknikal PD204-6B - Fotodiod 3mm - Voltan Songsang 32V - Kepekaan Puncak 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD204-6B ialah fotodiod silikon PIN berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan tindak balas pantas dan kepekaan tinggi terhadap cahaya dalam spektrum cahaya nampak dan inframerah dekat. Dihasilkan dalam pakej plastik hitam diameter 3mm standard, peranti ini direka untuk menyediakan keupayaan penderiaan optik yang boleh dipercayai. Tindak balas spektrumnya dipadankan khusus untuk melengkapkan diod pemancar cahaya nampak dan inframerah (IRED), menjadikannya komponen penerima yang ideal dalam sistem optoelektronik. Peranti ini dibina dengan bahan bebas plumbum dan mematuhi peraturan alam sekitar yang berkaitan, memastikan kesesuaian untuk pembuatan elektronik moden.

2. Ciri Utama dan Kelebihan Teras

PD204-6B membezakan dirinya melalui beberapa ciri prestasi kritikal yang memenuhi aplikasi penderiaan yang mencabar.

• Masa Tindak Balas Pantas:Peranti ini mempamerkan masa naik/turun tipikal 6 nanosaat (di bawah keadaan ujian yang ditetapkan VR=10V, RL=100Ω), membolehkannya mengesan perubahan pantas dalam keamatan cahaya. Ini adalah penting untuk aplikasi yang melibatkan penghantaran data, pengesanan objek, dan pengukuran sensitif masa.
• Kepekaan Foto Tinggi:Dengan arus litar pintas tipikal (I_SC) 3.0 μA di bawah sinaran 1 mW/cm² pada 940nm, fotodiod ini memberikan isyarat elektrik yang kuat daripada tahap cahaya rendah, meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi dan kebolehpercayaan sistem.
• Kapasitan Simpang Kecil:Jumlah kapasitan tipikal rendah (C_t) 5 pF pada VR=5V dan 1MHz menyumbang kepada masa tindak balas pantas dan membolehkan operasi dalam litar jalur lebar yang lebih tinggi tanpa degradasi isyarat yang ketara.
• Pembinaan Teguh:Peranti ini mempunyai kanta hitam, yang membantu mengurangkan gangguan cahaya persekitaran yang tidak diingini, dan dibungkus dalam format 3mm yang tahan lama dan standard industri.
• Pematuhan Alam Sekitar:Produk ini bebas plumbum dan direka untuk kekal mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH, menangani piawaian alam sekitar dan keselamatan global.

3. Analisis Mendalam Parameter Teknikal

Memahami spesifikasi elektrik dan optik adalah penting untuk reka bentuk dan integrasi litar yang betul.

3.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi harus sentiasa dikekalkan dalam had ini.

• Voltan Songsang (V_R):32 V. Ini adalah voltan maksimum yang boleh digunakan dalam bias songsang merentasi terminal fotodiod.
• Kuasa Penyerakan (P_C):150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Penarafan ini berkurangan dengan peningkatan suhu persekitaran, seperti yang ditunjukkan dalam keluk penurunan taraf.
• Suhu Operasi (T_opr):-40°C hingga +85°C. Peranti ini ditentukan untuk berfungsi dengan betul merentasi julat suhu industri yang luas ini.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +100°C.
• Suhu Pateri (T_sol):260°C. Ini membimbing parameter proses pateri alir semula.

3.2 Ciri Elektro-Optik (Ta=25°C)

Parameter ini mentakrifkan prestasi peranti di bawah keadaan operasi biasa. Nilai tipikal mewakili pusat taburan, manakala nilai minimum dan maksimum mentakrifkan had yang dijamin.

• Tindak Balas Spektrum:Fotodiod ini sensitif merentasi julat kira-kira 840 nm hingga 1100 nm (pada titik tindak balas relatif 0.5), dengan kepekaan puncak (λ_P) pada 940 nm. Ini menjadikannya sesuai untuk dipasangkan dengan LED inframerah 940nm.
• Penjanaan Arus Foto:
  • Arus Litar Pintas (I_SC):Tip. 3.0 μA pada E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Ini adalah arus yang dijana dengan voltan sifar merentasi diod (mod fotovoltaik).
  • Arus Cahaya Songsang (I_L):Min. 1.0 μA, Tip. 3.0 μA pada E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V. Ini adalah arus apabila diod dibias songsang, yang merupakan mod operasi paling biasa untuk kelajuan dan kelinearan.
• Arus Gelap (I_D):Maks. 10 nA pada V_R=10V, E_e=0mW/cm². Ini adalah arus bocor kecil yang mengalir apabila tiada cahaya. Arus gelap yang rendah adalah kritikal untuk mengesan isyarat cahaya lemah.
• Voltan Litar Terbuka (V_OC):Tip. 0.42 V pada E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Ini adalah voltan yang dijana merentasi litar terbuka di bawah penyinaran.
• Kapasitan (C_t):Tip. 5 pF pada V_R=5V, f=1MHz. Kapasitan simpang ini mempengaruhi pemalar masa RC dan seterusnya jalur lebar litar penderiaan.
• Kelajuan Tindak Balas (t_r/t_f):Tip. 6 ns pada V_R=10V, R_L=100Ω. Mentakrifkan seberapa cepat arus keluaran boleh mengikuti perubahan dalam cahaya input.

4. Analisis Keluk Prestasi

Data grafik memberikan pandangan tentang bagaimana parameter berubah dengan keadaan operasi.

4.1 Kuasa Penyerakan vs. Suhu Persekitaran

Keluk penurunan taraf menunjukkan bahawa kuasa penyerakan maksimum yang dibenarkan berkurangan secara linear apabila suhu persekitaran meningkat melebihi 25°C. Pereka bentuk mesti memastikan titik operasi (voltan songsang * arus foto + arus gelap) tidak melebihi keluk ini untuk mengelakkan bebanan terma.

4.2 Kepekaan Spektrum

Keluk tindak balas spektrum menggambarkan kepekaan relatif fotodiod sebagai fungsi panjang gelombang. Ia mengesahkan puncak pada 940nm dan jalur lebar berguna dari kira-kira 840nm hingga 1100nm. Bahan kanta hitam membentuk tindak balas ini, menapis beberapa panjang gelombang yang lebih pendek.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

PD204-6B menggunakan pakej radial-leaded, diameter 3mm standard.

5.1 Dimensi Pakej

Lukisan dimensi menyediakan ukuran kritikal untuk reka bentuk tapak PCB dan integrasi mekanikal. Dimensi utama termasuk diameter keseluruhan (3mm), jarak lead, diameter lead, dan ketinggian komponen. Semua toleransi yang tidak ditentukan adalah ±0.25mm. Katod biasanya dikenal pasti oleh lead yang lebih panjang atau titik rata pada pinggir pakej.

5.2 Pengenalpastian Polarity

Polariti yang betul adalah penting. Peranti ini adalah diod. Anod biasanya adalah lead yang lebih pendek atau lead yang bersebelahan dengan sisi rata pakej. Menggunakan bias songsang (voltan positif ke katod, negatif ke anod) adalah keadaan operasi standard untuk mod fotokonduktif.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

• Pateri Alir Semula:Suhu pateri maksimum ditetapkan sebagai 260°C. Profil alir semula inframerah atau perolakan standard untuk pemasangan bebas plumbum adalah sesuai. Masa di atas likuidus harus dikawal mengikut piawaian industri untuk mengelakkan kerosakan pakej.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, gunakan besi yang dikawal suhu. Hadkan masa sentuhan kepada kurang daripada 3 saat setiap lead pada suhu tidak melebihi 350°C untuk mengelakkan tekanan terma pada pakej plastik dan die semikonduktor dalaman.
• Pembersihan:Gunakan agen pembersih yang serasi dengan bahan epoksi plastik hitam. Elakkan pembersihan ultrasonik melainkan disahkan selamat untuk komponen.
• Keadaan Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, lengai dalam julat suhu yang ditetapkan -40°C hingga +100°C. Gunakan dalam tempoh 12 bulan dari tarikh penghantaran untuk jaminan pematuhan kepada spesifikasi yang diterbitkan.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Pembungkusan

Produk ini dibungkus dalam beg anti-statik. Kuantiti pembungkusan standard adalah 200 hingga 1000 keping setiap beg. Empat beg dibungkus ke dalam satu kotak dalaman, dan satu kotak dalaman dihantar dalam satu kotak luar.

7.2 Maklumat Label

Label beg mengandungi maklumat kebolehjejakan dan produk penting, termasuk Nombor Bahagian (P/N), kuantiti (QTY), nombor lot (LOT No.), dan kod tarikh. Produk ini tidak dibin atau dinilai untuk parameter khusus seperti keamatan bercahaya atau panjang gelombang; ia dibekalkan mengikut jadual ciri elektro-optik standard.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Litar Aplikasi Biasa

PD204-6B biasanya digunakan dalam dua konfigurasi litar utama:

1. Mod Fotokonduktif (Bias Songsang):Ini adalah mod pilihan untuk operasi berkelajuan tinggi dan linear. Voltan bias songsang (cth., 5V hingga 10V, kekal di bawah V_R=32V) digunakan. Arus foto (I_L) mengalir melalui perintang beban (R_L). Susutan voltan merentasi R_Ladalah isyarat keluaran. R_Lyang lebih kecil memberikan tindak balas lebih pantas tetapi output voltan lebih rendah. Penguat transimpedans (TIA) sering digunakan untuk menukar arus foto kepada voltan dengan gandaan dan jalur lebar yang tinggi.
2. Mod Fotovoltaik (Bias Sifar):Fotodiod disambungkan terus ke beban impedans tinggi (seperti input op-amp). Ia menjana voltan (V_OC) berkadar dengan keamatan cahaya. Mod ini menawarkan bunyi rendah tetapi mempunyai tindak balas yang lebih perlahan dan kurang linear.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pembiasan:Untuk kelajuan dan kelinearan terbaik, operasi dalam bias songsang. Pastikan voltan bias ditambah sebarang voltan isyarat tidak melebihi maksimum 32V.
• Jalur Lebar dan Beban:Jumlah kapasitan (fotodiod + input penguat) dan rintangan beban/membentuk kutub dominan yang menghadkan jalur lebar (BW ≈ 1/(2πRC)). Pilih R_Latau perintang suap balik TIA dengan sewajarnya.
• Penolakan Cahaya Persekitaran:Kanta hitam membantu, tetapi untuk persekitaran cahaya persekitaran tinggi, pertimbangkan penapisan optik (cth., penapis laluan jalur 940nm) dan memodulasi sumber IR dengan pengesanan segerak.
• Susun Atur PCB:Jauhkan fotodiod dekat dengan input penguat untuk mengurangkan kapasitan sesat dan pengambilan bunyi. Gunakan satah bumi untuk perisai. Pintaskan bekalan bias dengan kapasitor dekat dengan peranti.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fototransistor, fotodiod PIN PD204-6B menawarkan masa tindak balas yang jauh lebih pantas (nanosaat vs. mikrosaat) dan kelinearan yang lebih baik merentasi pelbagai keamatan cahaya. Ia tidak mempunyai gandaan dalaman, yang mengakibatkan output arus yang lebih rendah tetapi juga pergantungan suhu yang lebih rendah dan prestasi yang lebih boleh diramal. Berbanding dengan fotodiod lain, gabungan pakej 3mm, kepekaan puncak 940nm, voltan songsang 32V, dan kelajuan pantas menjadikannya pilihan serba boleh untuk penderiaan IR tujuan umum.

10. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah perbezaan antara I_SCdan I_L?

J: I_SC(Arus Litar Pintas) diukur dengan voltan sifar merentasi diod. I_L(Arus Cahaya Songsang) diukur dengan voltan bias songsang yang ditetapkan digunakan. I_Lbiasanya sangat hampir dengan I_SCdan adalah parameter yang digunakan untuk reka bentuk dalam mod bias songsang biasa.

S: Bagaimana saya menukar arus foto kepada voltan yang boleh digunakan?

J: Kaedah paling mudah ialah perintang beban (V_keluar= I_L* R_L). Untuk prestasi yang lebih baik, gunakan penguat transimpedans, yang menyediakan bumi maya impedans rendah pada katod fotodiod, memaksimumkan kelajuan dan kelinearan, dan memberikan V_keluar= -I_L* R_{suap balik}.

S: Bolehkah saya menggunakan ini dengan sumber cahaya nampak?

J: Ya, tetapi dengan kepekaan yang berkurangan. Keluk tindak balas spektrum menunjukkan ia sensitif sehingga ke panjang gelombang nampak, tetapi puncaknya adalah dalam inframerah. Untuk prestasi optimum dengan sumber nampak, fotodiod dengan puncak dalam spektrum nampak (cth., 550-650nm) akan lebih sesuai.

S: Apakah tujuan ujian voltan pecah songsang (V_BR)?

J: Ia adalah ujian kualiti dan keteguhan, menunjukkan voltan di mana diod memasuki pecah longsor. Operasi normal harus sentiasa berada jauh di bawah nilai ini (biasanya menggunakan V_R5V-10V).

11. Contoh Aplikasi Praktikal

Contoh 1: Sensor Kedekatan Objek dalam Pintu Automatik.LED IR (940nm) dan PD204-6B diletakkan di kedua-dua belah pintu. Apabila pancaran tidak terganggu, arus foto yang stabil dikesan. Apabila seseorang memutuskan pancaran, penurunan arus foto mencetuskan mekanisme pembukaan pintu. Tindak balas pantas PD204-6B memastikan pengesanan serta-merta.

Contoh 2: Pengesanan Kertas dalam Mesin Salinan.Fotodiod boleh digunakan untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan kertas dengan memantulkan pancaran IR dari permukaan kertas. Kepekaan tinggi membolehkannya berfungsi dengan kertas pantulan rendah, dan pakej kecil sesuai dengan ruang yang ketat.

Contoh 3: Pautan Data Ringkas.Dengan memodulasi LED IR pada frekuensi dalam jalur lebar fotodiod (yang boleh beberapa MHz dengan reka bentuk litar yang betul), PD204-6B boleh digunakan untuk komunikasi tanpa wayar jarak pendek, kadar data rendah, seperti dalam alat kawalan jauh atau telemetri sensor.

12. Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor dengan kawasan intrinsik (I) yang luas dan didop ringan yang diapit antara kawasan jenis-P dan jenis-N. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor diserap dalam kawasan intrinsik, ia mencipta pasangan elektron-lubang. Di bawah pengaruh potensi terbina dalaman (dalam mod fotovoltaik) atau medan elektrik bias songsang yang digunakan (dalam mod fotokonduktif), pembawa cas ini dipisahkan, menjana arus foto yang berkadar dengan keamatan cahaya tuju. Kawasan intrinsik yang luas mengurangkan kapasitan simpang (membolehkan kelajuan tinggi) dan meningkatkan isipadu untuk penyerapan foton (meningkatkan kepekaan).

13. Trend dan Konteks Industri

Fotodiod seperti PD204-6B adalah komponen asas dalam bidang optoelektronik dan penderiaan yang semakin berkembang. Trend termasuk peningkatan integrasi dengan penguatan dan penyelarasan isyarat pada cip (cth., dalam sensor optik bersepadu), permintaan untuk kelajuan lebih tinggi untuk menyokong LiDAR dan komunikasi optik, dan keperluan untuk saiz pakej yang lebih kecil untuk peranti elektronik pengguna dan IoT. Terdapat juga dorongan berterusan untuk prestasi yang lebih baik merentasi julat suhu yang lebih luas dan penggunaan kuasa yang lebih rendah. Peranti dengan tapak standard dan prestasi yang dicirikan dengan baik, seperti ini, kekal penting untuk pelbagai aplikasi penderiaan industri, komersial, dan automotif di mana kebolehpercayaan dan keberkesanan kos adalah penting.

Penafian: Maklumat yang disediakan dalam dokumen ini adalah untuk rujukan teknikal. Pereka bentuk harus mengesahkan semua parameter di bawah keadaan aplikasi khusus mereka. Penarafan maksimum mutlak tidak boleh dilebihi. Pengilang tidak bertanggungjawab untuk aplikasi yang tidak mengikut spesifikasi yang disediakan.