Dokumen Teknikal PD333-3C/H0/L2 - Fotodiod 5mm - Voltan Songsang 32V - Puncak Kepekaan 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD333-3C/H0/L2 ialah fotodiod silikon PIN berkelajuan tinggi dan kepekaan tinggi yang dibungkus dalam pakej plastik diameter 5mm standard. Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan optik pantas, memanfaatkan kapasitans simpang kecil dan masa tindak balas pantasnya. Penggunaan epoksi lutsinar sebagai bahan kanta menjadikannya sensitif kepada spektrum yang luas, termasuk sinaran nampak dan inframerah, dengan kepekaan puncak khusus dalam kawasan inframerah dekat. Matlamat reka bentuk utamanya adalah untuk menyediakan prestasi yang boleh dipercayai dalam penyelesaian penderiaan padat dan kos efektif.

2. Analisis Mendalam Parameter Teknikal

Bahagian ini memberikan analisis objektif parameter elektrik dan optik utama yang dinyatakan dalam dokumen data.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Peranti ini dinilai untuk voltan songsang maksimum (VR) 32V, yang mentakrifkan had atas voltan pincang yang boleh digunakan tanpa risiko kerosakan kekal. Julat suhu operasi (Topr) adalah dari -25°C hingga +85°C, sesuai untuk kebanyakan persekitaran komersial dan perindustrian. Penyimpanan boleh berlaku dalam julat yang lebih luas dari -40°C hingga +100°C. Suhu pateri (Tsol) ditetapkan pada 260°C, iaitu suhu puncak standard untuk proses reflow tanpa plumbum. Penyerakan kuasa (Pc) ialah 150 mW pada atau di bawah suhu ambien 25°C, parameter penting untuk pengurusan haba dalam litar aplikasi.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Tindak balas spektrum adalah luas, meliputi lebar jalur (λ0.5) dari 400 nm hingga 1100 nm, dengan panjang gelombang kepekaan puncak tipikal (λP) pada 940 nm. Ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi penderiaan inframerah, seperti yang menggunakan LED IR 850nm atau 940nm. Parameter kepekaan utama termasuk voltan litar terbuka tipikal (VOC) 0.39V dan arus litar pintas (ISC) 40 μA, kedua-duanya diukur di bawah sinaran (Ee) 1 mW/cm² pada 940nm. Di bawah pincang songsang 5V, arus cahaya songsang tipikal (IL) ialah 40 μA di bawah keadaan sinaran yang sama. Arus gelap songsang (ID), parameter kritikal untuk prestasi cahaya rendah, biasanya 5 nA pada VR=10V, dengan maksimum 30 nA. Jumlah kapasitans simpang (Ct) biasanya 18 pF pada VR=5V dan 1 MHz, yang secara langsung mempengaruhi kelajuan peranti. Masa naik dan turun (tr/tf) biasanya 45 ns setiap satu apabila diukur dengan VR=10V dan perintang beban (RL) 100Ω, mengesahkan keupayaan kelajuan tingginya. Sudut pandangan (2θ1/2) ialah 80 darjah.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data termasuk beberapa lengkung prestasi tipikal yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Lengkung ini penting untuk jurutera reka bentuk meramalkan prestasi dunia sebenar.

3.1 Kepekaan Spektrum

Lengkung kepekaan spektrum menunjukkan kepekaan relatif fotodiod merentasi panjang gelombang dari kira-kira 400 nm hingga 1100 nm. Lengkung ini memuncak tajam sekitar 940 nm, mengesahkan pengoptimumannya untuk cahaya inframerah dekat. Kepekaan turun dengan ketara dalam kawasan nampak dalam dan melebihi 1100 nm.

3.2 Kebergantungan Suhu

Dua lengkung menyerlahkan kesan suhu: Penyerakan Kuasa vs. Suhu Ambien dan Arus Gelap Songsang vs. Suhu Ambien. Lengkung penurunan penyerakan kuasa menunjukkan bagaimana kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C. Lengkung arus gelap menunjukkan bahawa ID meningkat secara eksponen dengan suhu, ciri biasa simpang semikonduktor. Ini adalah kritikal untuk aplikasi yang beroperasi pada suhu tinggi, kerana peningkatan arus gelap menaikkan paras hingar.

3.3 Kelinearan dan Tindak Balas Dinamik

Lengkung Arus Cahaya Songsang vs. Ee menggambarkan kelinearan fotodiod. Sepanjang julat sinaran yang ditentukan, arus foto (IL) sepatutnya meningkat secara linear dengan kuasa optik insiden. Lengkung Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban menunjukkan bagaimana masa naik/turun (tr/tf) meningkat dengan rintangan beban (RL) yang lebih tinggi. Untuk aplikasi kelajuan tinggi, perintang beban nilai rendah (seperti 100Ω yang digunakan dalam spesifikasi) adalah perlu, walaupun ia menghasilkan ayunan voltan keluaran yang lebih kecil.

3.4 Kapasitans vs. Voltan

Lengkung Kapasitans Terminal vs. Voltan Songsang menunjukkan bahawa kapasitans simpang (Ct) berkurangan apabila voltan pincang songsang meningkat. Ini disebabkan oleh pelebaran kawasan penipisan. Menggunakan pincang songsang yang lebih tinggi (dalam had) boleh meningkatkan kelajuan dengan mengurangkan kapasitans, dengan kos arus gelap yang berpotensi lebih tinggi.

4. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej 5mm (T-1 3/4) berwayar radial standard. Lukisan dimensi terperinci menentukan diameter, jarak wayar, panjang wayar, dan bentuk kanta. Nota utama menentukan bahawa toleransi dimensi adalah ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Anod dan katod dikenal pasti, dengan wayar yang lebih panjang biasanya anod (sisi positif dalam mod fotovoltaik).

4.2 Pengenalpastian Kutub

Kutub ditunjukkan oleh panjang wayar. Wayar yang lebih panjang ialah anod (sisi-P), dan wayar yang lebih pendek ialah katod (sisi-N). Apabila beroperasi dalam mod fotokonduktif (pincang songsang), katod harus disambungkan kepada voltan bekalan positif.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Penarafan maksimum mutlak untuk suhu pateri ialah 260°C. Ini selaras dengan profil reflow tanpa plumbum biasa. Semasa pateri tangan, penjagaan harus diambil untuk meminimumkan masa pendedahan haba untuk mengelakkan kerosakan pada pakej plastik dan kanta epoksi. Peranti harus disimpan dalam keadaan dalam julat suhu penyimpanan yang ditentukan (-40°C hingga +100°C) dan dalam persekitaran kering untuk mengelakkan penyerapan lembapan, yang boleh menjejaskan kebolehpercayaan semasa reflow.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pembungkusan

Kaedah pembungkusan standard ialah: 200-500 keping setiap beg, 5 beg setiap kotak dalaman, dan 10 kotak dalaman setiap kotak utama (luar).

6.2 Spesifikasi Label

Label pada pembungkusan mengandungi beberapa medan: CPN (Nombor Produk Pelanggan), P/N (Nombor Produk), QTY (Kuantiti Pembungkusan), No. LOT (Nombor Lot untuk kebolehjejakan), dan kod tarikh. Ini memudahkan pengurusan inventori dan kebolehjejakan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

Dokumen data menyenaraikan: Pengesanan foto kelajuan tinggi, Sistem keselamatan, dan Kamera. Secara khusus, fotodiod ini sangat sesuai untuk:

• Penerima Kawalan Jauh Inframerah:Digandingkan dengan LED IR 940nm dan IC penyahmodulatan.
• Pengekod Optik:Untuk penderiaan kelajuan dan kedudukan dalam pencetak, motor, atau peralatan perindustrian.
• Penderiaan Cahaya Ambien (ALS):Untuk kawalan lampu latar paparan dalam peranti, walaupun kepekaan IRnya mungkin memerlukan penapisan untuk pengukuran cahaya nampak yang tepat.
• Pengesanan Objek Mudah:Bersama-sama dengan sumber cahaya IR untuk penderiaan jarak dekat atau sensor pancaran putus.
• Oksimetri Nadi (dalam peranti perubatan, dengan kelayakan yang sesuai):Mengesan cahaya merah dan IR, walaupun pensijilan perubatan diperlukan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

Konfigurasi Pincang:Untuk tindak balas kelajuan tinggi atau linear, gunakan fotodiod dalam mod fotokonduktif (pincang songsang). Litar penguat transimpedans (TIA) biasa digunakan untuk menukar arus foto kepada voltan. Perintang dan kapasitor suap balik dalam TIA mesti dipilih berdasarkan lebar jalur yang dikehendaki dan kapasitans fotodiod (18 pF tipikal).

Peminimuman Hingar:Pastikan wayar fotodiod pendek dan gunakan susun atur terlindung untuk meminimumkan kapasitans parasit dan pengambilan gangguan elektromagnet. Untuk aplikasi cahaya rendah, pertimbangkan untuk menyejukkan peranti untuk mengurangkan hingar arus gelap.

Pertimbangan Optik:Kanta lutsinar mengakui cahaya nampak dan IR. Jika hanya pengesanan IR yang dikehendaki, penapis lulus IR boleh ditambah untuk menyekat cahaya nampak dan mengurangkan hingar dari sumber nampak ambien. Sudut pandangan 80 darjah menyediakan medan pandangan yang luas; apertur optik atau kanta boleh digunakan untuk mengecilkannya jika perlu.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotodiod PN standard, fotodiod PIN seperti PD333-3C/H0/L2 mempunyai kawasan intrinsik (I) antara lapisan P dan N. Kawasan intrinsik ini mewujudkan kawasan penipisan yang lebih besar, yang menghasilkan dua kelebihan utama:1) Kapasitans Simpang Lebih Rendah:Kapasitans 18 pF adalah agak rendah untuk peranti 5mm, membolehkan masa tindak balas yang lebih pantas.2) Kelinearan Lebih Baik:Kawasan penipisan yang lebih luas membolehkan pengumpulan pembawa cas yang lebih cekap merentasi julat voltan pincang dan keamatan cahaya yang lebih luas. Berbanding dengan fototransistor, fotodiod umumnya lebih pantas dan mempunyai keluaran yang lebih linear tetapi menghasilkan isyarat arus yang jauh lebih kecil, memerlukan penguatan yang lebih canggih.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah perbezaan antara arus litar pintas (ISC) dan arus cahaya songsang (IL)?

ISC diukur dengan pincang sifar merentasi diod (mod fotovoltaik), manakala IL diukur di bawah pincang songsang yang ditentukan (mod fotokonduktif). IL biasanya sangat hampir, tetapi tidak sama persis, dengan ISC. Dokumen data menunjukkan kedua-duanya sebagai 40 μA tipikal di bawah keadaan ujian yang sama.

9.2 Mengapakah arus gelap penting?

Arus gelap ialah arus kecil yang mengalir walaupun tiada cahaya. Ia menetapkan paras hingar untuk sensor. Dalam aplikasi cahaya rendah, arus gelap rendah (5 nA tipikal di sini) adalah penting untuk mencapai nisbah isyarat-kepada-hingar yang baik.

9.3 Bagaimana saya memilih perintang beban (RL) untuk aplikasi saya?

Pilihan ini melibatkan pertukaran antara kelajuan dan amplitud keluaran. RL kecil (cth., 50Ω) memberikan tindak balas pantas (lihat lengkung tr/tf vs. RL) tetapi voltan keluaran kecil (Vout = IL * RL). RL besar memberikan voltan yang lebih besar tetapi tindak balas lebih perlahan disebabkan oleh pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitans fotodiod dan RL. Untuk pengesanan denyut digital, kelajuan sering diutamakan.

9.4 Bolehkah saya menggunakan ini dengan sumber cahaya nampak seperti LED merah?

Ya, lengkung tindak balas spektrum menunjukkan kepekaan yang ketara sehingga 400 nm. Walau bagaimanapun, kepekaannya pada 650 nm (merah) akan lebih rendah daripada pada puncak 940 nm. Anda akan mendapat isyarat yang lebih kecil berbanding menggunakan sumber IR dengan kuasa optik yang sama.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Kes: Mereka Bentuk Penerima Pautan Data Inframerah.Seorang pereka perlu menerima data termodulasi dari LED IR 940nm pada 38 kHz (frekuensi kawalan jauh biasa). Mereka memilih PD333-3C/H0/L2 untuk kepekaan tingginya pada 940nm dan tindak balas pantas (masa naik 45 ns lebih daripada mencukupi untuk 38 kHz). Fotodiod dipincang songsang pada 5V. Keluaran disambungkan kepada IC penerima IR khusus (yang termasuk TIA, penapis laluan jalur ditala kepada 38 kHz, dan penyahmodulator). Pereka meletakkan fotodiod berhampiran pin input IC, menggunakan jejak pendek, dan menambah kapasitor penyahgandingan kecil berhampiran bekalan pincang untuk meminimumkan hingar. Tingkap lut IR diletakkan di hadapan fotodiod untuk menyekat cahaya nampak dan mengurangkan gangguan dari lampu pendarfluor, yang boleh berkelip pada 100/120 Hz.

11. Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor yang menukar cahaya kepada arus elektrik. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor menghentam peranti, ia menjana pasangan elektron-lubang dalam kawasan intrinsik. Di bawah pengaruh medan elektrik terbina dalam (dalam mod fotovoltaik) atau pincang songsang yang dikenakan (dalam mod fotokonduktif), pembawa cas ini disapukan berasingan, mencipta arus foto yang boleh diukur yang berkadar dengan kuasa optik insiden. Lapisan "I" (intrinsik) adalah kunci: ia didop ringan, mewujudkan kawasan penipisan yang luas yang mengurangkan kapasitans untuk kelajuan lebih tinggi dan meningkatkan kecekapan kuantum dengan menyediakan isipadu yang lebih besar untuk penyerapan foton.

12. Trend Teknologi

Trend umum dalam teknologi fotodiod adalah ke arah integrasi lebih tinggi, hingar lebih rendah, dan kekhususan aplikasi yang lebih besar. Ini termasuk pembangunan fotodiod dengan penguatan atas cip (gabungan fotodiod-penguat bersepadu), tatasusunan untuk pengimejan atau penderiaan berbilang saluran, dan peranti dengan tindak balas spektrum tersuai atau penapis optik terbina dalam. Terdapat juga penyelidikan berterusan ke dalam bahan selain silikon (seperti InGaAs) untuk pengesanan julat inframerah lanjutan. Untuk komponen komersial standard seperti fotodiod PIN 5mm, fokus kekal pada pengurangan kos, peningkatan kebolehpercayaan, dan mencapai taburan parameter yang lebih ketat sambil mengekalkan metrik prestasi utama seperti kelajuan dan kepekaan.