Dokumen Teknikal Fototransistor PD204-6B/L3 - Pakej 3mm - Puncak Kepekaan 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD204-6B/L3 ialah diod foto silikon PIN berkelajuan tinggi dan berkepekaan tinggi yang dibungkus dalam pakej plastik 3mm standard. Peranti ini dipadankan secara spektrum dengan diod pemancar cahaya nampak dan inframerah, dengan kepekaan puncaknya dioptimumkan untuk panjang gelombang 940nm, menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi pengesanan yang memerlukan tindak balas pantas dan prestasi yang boleh dipercayai.

Kelebihan utama komponen ini termasuk masa tindak balas pantas, fotokepekaan tinggi, dan kapasitansi simpang kecil, yang menyumbang kepada pengesanan isyarat yang cekap. Produk ini mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH, dan dikilangkan sebagai peranti bebas plumbum (Pb-free).

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Peranti ini direka untuk beroperasi dengan boleh dipercayai dalam had persekitaran dan elektrik yang ditetapkan. Melebihi penarafan ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Voltan Songsang (VR):32 V - Voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam bias songsang merentasi terminal diod foto.
• Suhu Operasi (Topr):-25°C hingga +85°C - Julat suhu persekitaran untuk operasi normal peranti.
• Suhu Penyimpanan (Tstg):-40°C hingga +100°C - Julat suhu untuk penyimpanan selamat apabila peranti tidak dibekalkan kuasa.
• Suhu Pateri (Tsol):260°C untuk tempoh maksimum 5 saat, mengikut profil pateri reflow standard.
• Penyerakan Kuasa (Pc):150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi teras fototransistor di bawah keadaan ujian standard (Ta=25°C).

• Lebar Jalur Spektrum (λ0.5):760 nm hingga 1100 nm. Ini mentakrifkan julat panjang gelombang di mana peranti mengekalkan sekurang-kurangnya separuh daripada kepekaan puncaknya.
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λP):940 nm (Tipikal). Peranti paling responsif kepada cahaya pada panjang gelombang inframerah ini.
• Voltan Litar Terbuka (VOC):0.42 V (Tipikal) di bawah sinaran (Ee) 1 mW/cm² pada 940nm.
• Arus Litar Pintas (ISC):4.3 μA (Tipikal) di bawah keadaan ujian yang sama (Ee=1mW/cm², λp=940nm).
• Arus Cahaya Songsang (IL):3.9 μA (Min), 6 μA (Tip) pada VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm. Ini ialah arus foto yang dijana apabila diod dibias songsang dan disinari.
• Arus Gelap Songsang (ID):10 nA (Maks) pada VR=10V dalam kegelapan lengkap (Ee=0mW/cm²). Ini ialah arus bocor kecil yang mengalir walaupun tiada cahaya hadir.
• Voltan Pecahan Songsang (VBR):32 V (Min) diukur pada arus songsang (IR) 100μA dalam kegelapan.
• Kapasitansi Jumlah (Ct):10 pF (Tipikal) pada VR=5V dan frekuensi 1MHz. Kapasitansi yang lebih rendah membolehkan kelajuan pensuisan yang lebih pantas.
• Masa Naik/Jatuh (tr/tf):10 ns / 10 ns (Tipikal) dengan VR=10V dan rintangan beban (RL) 100Ω, menunjukkan tindak balas yang sangat pantas sesuai untuk pengesanan cahaya berdenyut.
• Sudut Pandangan (2θ1/2):45° (Tipikal). Ini mentakrifkan medan pandangan sudut di mana peranti mengekalkan kepekaan.

Toleransi ditetapkan sebagai ±10% untuk keamatan bercahaya, ±1nm untuk panjang gelombang dominan, dan ±0.1V untuk voltan hadapan dalam aplikasi berkaitan.

3. Analisis Keluk Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa keluk ciri yang menggambarkan tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Ini adalah penting untuk jurutera reka bentuk meramal prestasi dalam senario dunia sebenar.

3.1 Kuasa Penyerakan vs. Suhu Persekitaran

Keluk ini menunjukkan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu persekitaran meningkat melebihi 25°C. Pereka bentuk mesti mengurangkan keupayaan pengendalian kuasa dengan sewajarnya untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang.

3.2 Kepekaan Spektrum

Keluk tindak balas spektrum mengesahkan kepekaan puncak peranti pada 940nm dan julat bergunanya dari kira-kira 760nm hingga 1100nm. Ia menyerlahkan kesesuaian peranti untuk aplikasi menggunakan LED inframerah biasa.

3.3 Arus Gelap Songsang vs. Suhu Persekitaran

Arus gelap meningkat secara eksponen dengan suhu. Keluk ini adalah kritikal untuk aplikasi yang beroperasi pada suhu tinggi, kerana arus gelap yang lebih tinggi menyumbang kepada hingar dan boleh menjejaskan nisbah isyarat-kepada-hingar dalam keadaan cahaya rendah.

3.4 Arus Cahaya Songsang vs. Sinaran (Ee)

Plot ini menunjukkan hubungan linear antara arus foto yang dijana (IL) dan keamatan cahaya tuju (sinaran) dalam julat yang ditetapkan. Ia mengesahkan tindak balas fotometrik peranti yang boleh diramal dan linear.

3.5 Kapasitansi Terminal vs. Voltan Songsang

Kapasitansi simpang (Ct) berkurangan dengan peningkatan voltan bias songsang. Kapasitansi yang lebih rendah adalah diingini untuk aplikasi berkelajuan tinggi, dan keluk ini membantu memilih titik bias operasi optimum.

3.6 Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban

Keluk ini menunjukkan bagaimana masa naik dan jatuh (tr/tf) dipengaruhi oleh nilai perintang beban luaran (RL). Tindak balas yang lebih pantas dicapai dengan rintangan beban yang lebih kecil, tetapi ini bertukar ganti dengan amplitud isyarat.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej berunjur radial 3mm standard. Lukisan dimensi menentukan diameter badan, jarak antara kaki, dan dimensi kaki. Semua toleransi yang tidak ditentukan adalah ±0.25mm. Warna kanta adalah hitam.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Katod (terminal negatif) biasanya ditunjukkan oleh titik rata pada badan pakej atau kaki yang lebih panjang. Polarity yang betul mesti diperhatikan semasa pemasangan litar untuk operasi bias songsang yang betul.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Komponen ini sesuai untuk proses pemasangan PCB standard.

• Pateri Reflow:Suhu pateri maksimum ialah 260°C, dan masa pada atau melebihi suhu ini tidak boleh melebihi 5 saat untuk mengelakkan kerosakan haba pada pakej plastik dan cip semikonduktor.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, besi yang dikawal suhu harus digunakan dengan masa sentuhan minimum (biasanya kurang daripada 3 saat setiap kaki).
• Pembersihan:Gunakan agen pembersih yang serasi dengan bahan pakej plastik.
• Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, anti-statik dalam julat suhu penyimpanan yang ditetapkan -40°C hingga +100°C.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Kuantiti Pembungkusan

Pembungkusan standard adalah seperti berikut: 200-1000 keping setiap beg, 4 beg setiap kotak, dan 10 kotak setiap karton. Ini memberikan fleksibiliti untuk kedua-dua prototaip dan pengeluaran isipadu.

6.2 Spesifikasi Borang Label

Label produk mengandungi maklumat utama untuk kebolehjejakan dan pengenalpastian:

• CPN:Nombor Produk Pelanggan
• P/N:Nombor Produk (cth., PD204-6B/L3)
• QTY:Kuantiti Pembungkusan
• CAT, HUE, REF:Kedudukan untuk Keamatan Bercahaya, Panjang Gelombang Dominan, dan Voltan Hadapan (jika dibin).
• LOT No:Nombor Lot Pembuatan untuk kebolehjejakan.
• X:Bulan pengeluaran.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

PD204-6B/L3 sangat sesuai untuk pelbagai aplikasi pengesanan optoelektronik, termasuk:

• Sensor Pintu Automatik:Mengesan gangguan pancaran inframerah untuk mencetuskan mekanisme buka/tutup pintu.
• Mesin Fotokopi dan Pencetak:Digunakan untuk pengesanan kertas, pengesanan tepi, atau pemantauan paras toner.
• Mesin Permainan/Sistem Arked:Untuk pengesanan objek, kawalan interaktif, atau pengesanan kedudukan.
• Pengesan Inframerah Tujuan Umum:Penerima kawalan jauh, sensor jarak dekat, dan automasi perindustrian di mana pengesanan pantas dan boleh dipercayai cahaya IR 940nm diperlukan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Litar Bias:Operasikan diod foto dalam bias songsang (mod fotokonduktif) untuk kelajuan dan lineariti optimum. Voltan songsang 5V hingga 10V adalah tipikal, seperti yang ditunjukkan dalam spesifikasi.
• Perintang Beban (RL):Pilih RL berdasarkan pertukaran yang diperlukan antara kelajuan tindak balas (lebar jalur) dan ayunan voltan keluaran. Litar penguat transimpedans (TIA) disyorkan untuk menukar arus foto kecil kepada voltan yang boleh digunakan sambil mengekalkan kelajuan tinggi dan hingar rendah.
• Pertimbangan Optik:Pastikan penjajaran yang betul dengan sumber cahaya (biasanya LED IR pada 940nm). Sudut pandangan 45° harus dipertimbangkan untuk medan pandangan. Menggunakan penapis optik boleh membantu menyekat cahaya persekitaran yang tidak diingini, terutamanya cahaya nampak.
• Pengurangan Hingar:Untuk aplikasi sensitif, lindungi peranti dan litarinya daripada hingar elektrik. Pastikan jejak pendek, gunakan kapasitor pintasan, dan pertimbangkan kesan arus gelap pada suhu operasi tinggi.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan diod foto standard atau fototransistor dengan masa tindak balas yang lebih perlahan, PD204-6B/L3 menawarkan kelebihan yang berbeza:

• Kelajuan Tinggi:Dengan masa naik/jatuh 10ns, ia jauh lebih pantas daripada banyak fototransistor tujuan umum, membolehkan pengesanan isyarat termodulat pantas.
• Struktur PIN:Pembinaan diod foto PIN menyediakan kawasan penipisan yang lebih luas daripada diod foto PN standard, menghasilkan kapasitansi simpang yang lebih rendah (10pF) dan kelajuan yang lebih tinggi.
• Spektrum Dioptimumkan:Kepekaan puncak 940nm dipadankan dengan tepat kepada output LED inframerah biasa dan kos rendah, memaksimumkan kecekapan sistem.
• Pakej Standard:Pakej radial 3mm ialah faktor bentuk industri biasa, menjadikannya mudah untuk disepadukan ke dalam reka bentuk sedia ada dan serasi dengan jejak kaki PCB standard.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah perbezaan antara beroperasi dalam mod fotovolta (sifar bias) dan mod fotokonduktif (bias songsang)?

Dalam mod fotovolta (V_R=0V), diod foto menjana voltan (V_OC). Mod ini mempunyai arus gelap sifar tetapi tindak balas lebih perlahan dan kurang lineariti. Spesifikasi PD204-6B/L3 menyenaraikan VOC=0.42V. Dalam mod fotokonduktif (dengan bias songsang, cth., V_R=5V), voltan luaran dikenakan. Ini mengurangkan kapasitansi simpang (membolehkan tindak balas lebih pantas, seperti yang dilihat dalam 10ns tr/tf), meningkatkan lineariti, dan membolehkan kawasan aktif yang lebih besar, tetapi memperkenalkan arus gelap (I_D). Untuk aplikasi berkelajuan tinggi seperti yang dimaksudkan untuk peranti ini, mod fotokonduktif adalah disyorkan.

9.2 Bagaimanakah saya menukar arus foto (I_L) kepada voltan yang boleh diukur?

Kaedah paling mudah ialah menggunakan perintang beban (R_L) secara bersiri. Voltan keluaran ialah V_out = I_L * R_L. Walau bagaimanapun, apabila R_L meningkat, pemalar masa RC (dengan kapasitansi diod) meningkat, melambatkan tindak balas (seperti yang ditunjukkan dalam keluk Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban). Untuk prestasi optimum, terutamanya dengan arus kecil dan keperluan kelajuan, penguat transimpedans (TIA) ialah litar pilihan. Ia menyediakan voltan keluaran impedans rendah yang stabil (V_out = -I_L * R_f) sambil mengekalkan diod foto pada bumi maya, meminimumkan kesan kapasitansi.

9.3 Mengapakah arus gelap penting, dan bagaimanakah suhu mempengaruhinya?

Arus gelap (I_D) ialah arus hingar yang mengalir apabila tiada cahaya hadir. Ia menetapkan had bawah cahaya yang boleh dikesan. Dokumen data menentukan maksimum 10nA pada 25°C. Arus ini berganda kira-kira setiap kenaikan suhu 10°C. Oleh itu, dalam persekitaran suhu tinggi atau untuk pengesanan cahaya sangat rendah, arus gelap boleh menjadi sumber hingar yang ketara dan mesti diambil kira dalam reka bentuk litar (cth., melalui pampasan suhu atau teknik pengesanan segerak).

9.4 Bolehkah sensor ini digunakan dengan sumber cahaya selain 940nm?

Ya, tetapi dengan kepekaan yang berkurangan. Keluk tindak balas spektrum menunjukkan kepekaan ketara dari 760nm hingga 1100nm. Sebagai contoh, ia akan bertindak balas kepada LED 850nm, tetapi arus foto yang dijana untuk keamatan cahaya yang sama akan lebih rendah daripada dengan sumber 940nm. Sentiasa rujuk keluk kepekaan spektrum relatif (jika disediakan sepenuhnya) atau kira responsiviti pada panjang gelombang yang dikehendaki untuk reka bentuk yang tepat.

10. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Kes Reka Bentuk: Sensor Pecahan Pancaran Inframerah untuk Pagar Keselamatan.

Objektif:Cipta sensor pantas dan boleh dipercayai untuk mengesan apabila objek mengganggu pancaran inframerah yang tidak kelihatan, mencetuskan penggera keselamatan.

Pelaksanaan:

1. Pemancar:LED inframerah 940nm didorong oleh arus berdenyut (cth., denyutan 20mA pada 38kHz) untuk memberikan kekebalan terhadap cahaya persekitaran dan mengurangkan penggunaan kuasa purata.
2. Penerima:PD204-6B/L3 diletakkan bertentangan dengan pemancar, dijajarkan dalam sudut pandangan 45°nya. Ia dibias songsang pada 5V melalui perintang beban.
3. Penyelarasan Isyarat:Isyarat arus foto AC kecil dari diod foto (disuperimpos pada arus gelap DC) dimasukkan ke dalam penguat jalur lebar gandaan tinggi yang ditala kepada 38kHz. Ini menapis cahaya persekitaran DC dan hingar frekuensi rendah.
4. Pengesanan:Isyarat yang dikuatkan kemudiannya dijelaskan dan dibandingkan dengan ambang. Apabila pancaran tidak terputus, isyarat 38kHz yang kuat hadir, dan keluaran pembanding adalah tinggi. Apabila objek memecahkan pancaran, isyarat hilang, menyebabkan pembanding bertukar rendah dan mengaktifkan penggera.

Mengapa PD204-6B/L3 Sesuai:Masa tindak balas pantas 10nsnya mudah mengendalikan isyarat termodulat 38kHz. Kepekaan tinggi pada 940nm memastikan nisbah isyarat-kepada-hingar yang baik dari LED IR yang dipadankan. Kapasitansi rendah membolehkan litar responsif walaupun dengan komponen penapisan yang diperlukan.

11. Prinsip Operasi

Diod foto PIN seperti PD204-6B/L3 beroperasi berdasarkan prinsip kesan fotoelektrik dalaman. Struktur peranti terdiri daripada kawasan semikonduktor 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 (cth., cahaya inframerah pada 940nm untuk silikon) menghentam kawasan intrinsik, ia menjana pasangan elektron-lubang. Apabila diod dibias songsang, medan elektrik terbina dalam merentasi kawasan penipisan (yang meluas melalui lapisan intrinsik) menyapu pembawa cas ini ke arah terminal masing-masing, menjana arus foto (I_L) yang berkadar dengan keamatan cahaya tuju. Kawasan intrinsik yang luas mengurangkan kapasitansi dan membolehkan pengumpulan cekap pembawa yang dijana dalam isipadu yang lebih besar, menyumbang kepada kedua-dua kelajuan dan kepekaan.

12. Trend dan Konteks Industri

Pengesan foto seperti PD204-6B/L3 adalah komponen asas dalam bidang optoelektronik dan pengesanan yang semakin berkembang. Trend semasa yang mendorong permintaan untuk peranti sedemikian termasuk:

• Automasi dan Industri 4.0:Peningkatan penggunaan sensor tanpa sentuh untuk kawalan kedudukan, kehadiran dan kualiti dalam pembuatan.
• Elektronik Pengguna:Penyepaduan ke dalam peranti untuk pengesanan jarak dekat (cth., mematikan skrin telefon pintar semasa panggilan), pengesanan cahaya persekitaran untuk kawalan kecerahan paparan, dan pengecaman isyarat.
• Internet Benda (IoT):Sensor kuasa rendah dan boleh dipercayai untuk peranti rumah pintar, sistem keselamatan, dan pemantauan persekitaran.
• Kemajuan:Trend umum adalah ke arah integrasi yang lebih tinggi (cth., diod foto dengan penguat pada cip), pakej yang lebih kecil (peranti pemasangan permukaan), penggunaan kuasa yang lebih rendah, dan prestasi yang dipertingkatkan dalam panjang gelombang tertentu untuk aplikasi seperti LiDAR, pengesanan bioperubatan, dan komunikasi optik. Peranti seperti PD204-6B/L3 mewakili penyelesaian matang, boleh dipercayai dan kos efektif untuk keperluan pengesanan inframerah arus perdana.

13. Penafian dan Nota Penggunaan

Garis panduan penggunaan kritikal yang diperoleh daripada penafian dokumen data termasuk:

1. Spesifikasi tertakluk kepada perubahan. Sentiasa rujuk dokumen data rasmi terkini untuk reka bentuk.
2. Produk memenuhi spesifikasi yang diterbitkan selama 12 bulan dari tarikh penghantaran di bawah keadaan penyimpanan normal.
3. Keluk ciri menunjukkan prestasi tipikal, bukan nilai minimum atau maksimum yang dijamin. Reka bentuk dengan margin yang sesuai.
4. Patuhi dengan ketat Penarafan Maksimum Mutlak. Operasi melebihi had ini boleh menyebabkan kegagalan serta-merta atau terpendam. Pengilang tidak bertanggungjawab atas kerosakan akibat penyalahgunaan.
5. Maklumat ini adalah hak milik. Pengeluaran semula tanpa kebenaran adalah dilarang.
6. Komponen initidakdireka atau diperakui untuk aplikasi kritikal keselamatan seperti sokongan hayat perubatan, kawalan automotif, penerbangan, atau sistem ketenteraan. Untuk aplikasi sedemikian, hubungi pengilang untuk produk yang diperakui khas.