Spesifikasi Teknikal PD333-3B/L1 - Fotodiod 5mm - Voltan Songsang 32V - Kanta Hitam - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD333-3B/L1 ialah fotodiod silikon PIN berkelajuan tinggi dan sensitiviti tinggi yang dibungkus dalam pakej plastik diameter standard 5mm. Fungsi utamanya adalah untuk menukar cahaya insiden, terutamanya dalam spektrum inframerah, kepada arus elektrik. Peranti ini mempunyai kanta epoksi hitam yang meningkatkan kepekaannya terhadap sinaran inframerah sambil mengurangkan tindak balas terhadap cahaya nampak. Ini menjadikannya amat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan dalam julat inframerah-dekat. Kelebihan utama komponen ini termasuk masa tindak balas yang pantas, fotokepekaan tinggi, dan kapasitan simpang yang kecil, yang penting untuk pengesanan isyarat berkelajuan tinggi. Ia direka sebagai komponen bebas plumbum (Pb-free) dan mematuhi peraturan alam sekitar yang relevan seperti RoHS dan EU REACH.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Had Maksimum Mutlak

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

• Voltan Songsang (V_R):32 V - Voltan pincang songsang maksimum yang boleh dikenakan merentasi terminal fotodiod.
• Suhu Operasi (T_opr):-25°C hingga +85°C - Julat suhu ambien untuk operasi normal.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +100°C - Julat suhu untuk penyimpanan tanpa operasi.
• Suhu Pateri (T_sol):260°C - Suhu puncak yang boleh ditahan oleh peranti semasa proses pateri.
• Pelesapan Kuasa (P_c):150 mW - Kuasa maksimum yang boleh dilesapkan oleh peranti pada atau di bawah suhu ambien 25°C.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini menentukan prestasi fotodiod di bawah keadaan ujian standard (Ta=25°C).

• Lebar Jalur Spektrum (λ_0.5):840 nm hingga 1100 nm - Julat panjang gelombang di mana responsiviti adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya.
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λ_P):940 nm (Tipikal) - Panjang gelombang cahaya di mana fotodiod paling sensitif.
• Voltan Litar Terbuka (V_OC):0.44 V (Tipikal) - Voltan yang dijana merentasi terminal terbuka apabila disinari (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• Arus Litar Pintas (I_SC):10 µA (Tipikal) - Arus yang mengalir apabila terminal dipintaskan di bawah penyinaran (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• Arus Cahaya Songsang (I_L):Min. 15 µA - Arus foto yang dijana di bawah pincang songsang (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). Ini adalah parameter utama untuk pengesanan isyarat.
• Arus Gelap Songsang (I_D):Maks. 30 nA - Arus bocor kecil yang mengalir di bawah pincang songsang dalam kegelapan lengkap (V_R=10V). Nilai yang lebih rendah adalah diingini untuk nisbah isyarat-ke-bunyi yang lebih baik.
• Voltan Pecahan Songsang (V_BR):Min. 32 V, Tip. 170 V - Voltan songsang di mana simpang pecah dan arus meningkat dengan mendadak.
• Kapasitan Jumlah (C_t):6.0 pF (Tipikal) - Kapasitan simpang di bawah pincang songsang (V_R=5V, f=1MHz). Kapasitan rendah adalah penting untuk operasi berkelajuan tinggi.
• Masa Naik/Jatuh (t_r/t_f):10 ns (Tipikal) - Masa yang diperlukan untuk isyarat keluaran naik dari 10% ke 90% (atau jatuh dari 90% ke 10%) daripada nilai akhirnya (V_R=10V, R_L=100Ω). Ini menentukan kelajuan pensuisan maksimum.

3. Penjelasan Sistem Pengelasan (Binning)

PD333-3B/L1 dikelaskan kepada bin yang berbeza berdasarkan prestasi Arus Cahaya Songsang (I_L) di bawah keadaan ujian tertentu (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V). Ini membolehkan pereka memilih komponen dengan prestasi yang konsisten untuk aplikasi mereka.

Spesifikasi juga menyatakan toleransi standard: Keamatan Pencahayaan ±10%, Panjang Gelombang Dominan ±1nm, dan Voltan Hadapan ±0.1V, walaupun dua yang terakhir lebih relevan dengan LED berbanding fotodiod ini.

4. Analisis Keluk Prestasi

Spesifikasi termasuk beberapa keluk ciri yang menggambarkan tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Ini adalah penting untuk reka bentuk litar dan ramalan prestasi.

4.1 Kepekaan Spektrum

Keluk tindak balas spektrum menunjukkan kepekaan relatif peranti merentasi panjang gelombang yang berbeza. Ia memuncak pada 940 nm (inframerah) dan mempunyai tindak balas yang ketara dari kira-kira 840 nm hingga 1100 nm. Ini mengesahkan kesesuaiannya untuk sistem berasaskan IR seperti alat kawalan jauh dan sensor jarak.

4.2 Kebergantungan Suhu

Keluk disediakan menunjukkan hubungan antara Arus Gelap Songsang dan Suhu Ambien, serta Pelesapan Kuasa vs. Suhu Ambien. Arus gelap biasanya meningkat dengan suhu, yang boleh menjejaskan paras hingar dalam aplikasi sensitif. Keluk penurunan kuasa menunjukkan bagaimana pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C.

4.3 Ciri-ciri Elektrik

Graf utama termasuk:

• Arus Cahaya Songsang vs. Penyinaran (E_e):Menunjukkan hubungan linear antara arus foto yang dijana dan ketumpatan kuasa cahaya insiden, sifat asas fotodiod.
• Kapasitan Terminal vs. Voltan Songsang:Menunjukkan bagaimana kapasitan simpang berkurangan dengan peningkatan voltan pincang songsang. Beroperasi pada voltan songsang yang lebih tinggi (dalam had) boleh meningkatkan kelajuan dengan mengurangkan kapasitan.
• Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban:Menggambarkan bagaimana masa naik/jatuh dipengaruhi oleh perintang beban (R_L) dalam litar. R_Lyang lebih kecil secara amnya membawa kepada tindak balas yang lebih pantas tetapi ayunan voltan keluaran yang lebih kecil.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Peranti menggunakan pakej plastik bulat diameter standard 5mm. Lukisan dimensi pakej memberikan ukuran kritikal untuk reka bentuk tapak PCB dan integrasi mekanikal. Dimensi utama termasuk diameter keseluruhan (5mm), jarak kaki, dan ketinggian komponen. Lukisan menentukan toleransi umum ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Pakej ini mempunyai dua kaki paksi untuk sambungan elektrik. Badan epoksi hitam bertindak sebagai kanta dan penapis IR. Pengenalpastian kekutuban yang betul harus berdasarkan rajah terminal dalam spesifikasi; biasanya, katod ditunjukkan oleh kaki yang lebih panjang, titik rata pada pakej, atau tanda tertentu.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Komponen ini dinilai untuk suhu pateri maksimum 260°C. Profil pateri reflow atau gelombang standard untuk proses bebas plumbum boleh digunakan, memastikan suhu puncak dan masa di atas likuidus dikawal untuk mengelakkan kerosakan haba. Pateri tangan harus dilakukan dengan cepat menggunakan besi yang dikawal suhu. Adalah disyorkan untuk menyimpan komponen dalam persekitaran kering untuk mengelakkan penyerapan lembapan, yang boleh menyebabkan masalah semasa pateri (popcorning).

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Spesifikasi pembungkusan standard ialah 500 keping setiap beg, 5 beg setiap kotak, dan 10 kotak setiap karton, menjumlahkan 25,000 keping setiap karton. Label pada pembungkusan termasuk medan untuk Nombor Produk Pelanggan (CPN), Nombor Produk (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY), dan pangkat prestasi yang berkaitan (CAT untuk keamatan, dsb.), bersama-sama dengan Nombor Lot dan pengekodan tarikh untuk kebolehkesanan.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesanan Foto Berkelajuan Tinggi:Sesuai untuk penghantaran data melalui gentian optik, pengimbas kod bar, dan penyelaras optik kerana masa tindak balas 10ns.
• Sistem Keselamatan:Boleh digunakan dalam pancaran pengesanan pencerobohan, pengesan asap, atau sebagai penerima untuk komunikasi keselamatan berasaskan IR.
• Aplikasi Kamera:Berguna untuk pengukuran cahaya, sistem bantuan fokus automatik, atau sebagai monitor penapis potong-IR.
• Penderiaan Perindustrian:Pengesanan objek, pengiraan, dan penderiaan kedudukan dalam peralatan automatik.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Litar Pincang:Fotodiod boleh digunakan dalam mod fotovolta (pincang sifar) untuk aplikasi hingar rendah atau mod fotokonduktif (pincang songsang) untuk kelajuan dan lineariti yang lebih tinggi. Voltan songsang maksimum 32V membolehkan pelbagai pilihan pincang.
• Penguatan:Arus keluaran adalah kecil (mikroampere), jadi penguat transimpedans (TIA) hampir selalu diperlukan untuk menukar arus kepada isyarat voltan yang boleh digunakan.
• Hingar:Untuk aplikasi sensitif, pertimbangkan arus gelap dan kebergantungan suhunya. Perisai dan susun atur PCB yang teliti adalah perlu untuk meminimumkan pengambilan hingar elektrik.
• Penapisan Optik:Epoksi hitam menyediakan beberapa penapisan, tetapi untuk pemilihan panjang gelombang tertentu, penapis optik jalur lebar tambahan mungkin diperlukan.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotodiod generik, PD333-3B/L1 menawarkan gabungan seimbang kelajuan (10ns), kepekaan (min 15µA @ keadaan tertentu), dan penarafan voltan songsang teguh 32V dalam pakej biasa 5mm. Pembinaan silikon dan struktur PINnya memberikan pertukaran yang baik antara kos, kelajuan, dan kepekaan untuk aplikasi inframerah-dekat. Alternatif mungkin termasuk fotodiod dengan pakej yang lebih kecil untuk reka bentuk terhad ruang, yang mempunyai tindak balas spektrum yang berbeza (cth., cahaya nampak), atau fotodiod runtuhan (APD) untuk aplikasi yang memerlukan gandaan dalaman, walaupun APD lebih kompleks dan mahal.

10. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah perbezaan antara mod fotovolta dan fotokonduktif?

J: Dalam mod fotovolta (pincang sifar), fotodiod menjana voltan/arusnya sendiri, menawarkan arus gelap dan hingar yang sangat rendah. Dalam mod fotokonduktif (pincang songsang), voltan luaran dikenakan, yang mengurangkan kapasitan simpang (meningkatkan kelajuan) dan meningkatkan lineariti, dengan kos arus gelap yang sedikit lebih tinggi.

S: Bagaimana saya memilih bin yang betul?

J: Pilih bin berdasarkan arus isyarat minimum yang diperlukan untuk aplikasi anda. Menggunakan bin yang lebih tinggi memastikan isyarat yang lebih kuat tetapi mungkin mempunyai implikasi kos. Untuk konsistensi dalam pengeluaran, tentukan satu bin.

S: Bolehkah fotodiod ini digunakan untuk pengesanan cahaya nampak?

J: Walaupun ia mempunyai beberapa tindak balas dalam spektrum merah nampak, puncaknya adalah pada 940nm (IR), dan epoksi hitam melemahkan cahaya nampak. Untuk pengesanan cahaya nampak utama, fotodiod dengan kanta jernih atau khusus warna dan panjang gelombang puncak dalam julat nampak akan lebih sesuai.

S: Apakah nilai perintang beban (R_L) yang patut saya gunakan?

J: Ia bergantung pada kelajuan dan paras isyarat yang diperlukan. R_Lyang lebih kecil (cth., 50Ω) memberikan tindak balas yang lebih pantas tetapi keluaran voltan yang lebih kecil (Vout = I_ph* R_L). R_Lyang lebih besar memberikan voltan yang lebih besar tetapi tindak balas yang lebih perlahan disebabkan oleh pemalar masa RC yang terbentuk dengan kapasitan diod. Rujuk keluk "Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban".

11. Kes Reka Bentuk Praktikal

Kes: Sensor Pengesanan Objek Mudah

Kegunaan biasa ialah sensor pancaran putus. LED IR yang memancar pada 940nm diletakkan bertentangan dengan fotodiod PD333-3B/L1. Fotodiod beroperasi dalam mod fotokonduktif dengan pincang songsang 5V melalui perintang beban (cth., 10kΩ). Di bawah keadaan normal, cahaya IR mengenai diod, menjana arus foto dan mencipta penurunan voltan merentasi perintang. Apabila objek memutuskan pancaran, arus foto turun dengan ketara, menyebabkan perubahan besar dalam voltan merentasi perintang. Isyarat voltan ini boleh dimasukkan ke dalam pembanding untuk menjana gangguan digital untuk pengawal mikro. Masa tindak balas 10ns adalah jauh lebih pantas daripada yang diperlukan untuk aplikasi ini, tetapi kepekaan tinggi memastikan operasi yang boleh dipercayai walaupun dengan sumber IR yang lebih lemah atau jarak yang lebih jauh.

12. Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor dengan kawasan intrinsik (I) yang diapit antara kawasan jenis-P dan jenis-N. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor menghentam peranti, ia mencipta pasangan elektron-lubang dalam kawasan intrinsik. Di bawah pengaruh potensi terbina dalam (mod fotovolta) atau pincang songsang yang dikenakan (mod fotokonduktif), pembawa cas ini disapukan, mencipta arus foto yang boleh diukur yang berkadar dengan keamatan cahaya insiden. Kawasan intrinsik yang luas dalam struktur PIN mengurangkan kapasitan simpang berbanding dengan fotodiod PN standard, membolehkan operasi berkelajuan tinggi.

13. Trend Industri

Permintaan untuk fotodiod terus berkembang dalam bidang seperti elektronik pengguna (sensor telefon pintar, boleh pakai), automotif (LiDAR, pemantauan pemandu), automasi perindustrian, dan komunikasi (pusat data). Trend termasuk pengecilan lanjut ke dalam pakej berskala cip, integrasi dengan litar penguatan dan pemprosesan isyarat pada cip, pembangunan fotodiod untuk julat panjang gelombang baru (cth., inframerah gelombang pendek), dan peningkatan parameter prestasi seperti hingar yang lebih rendah dan kelajuan yang lebih tinggi untuk memenuhi keperluan teknologi baru.