Spesifikasi Teknikal Fotodioda Silikon PIN PD438B 4.8mm dengan Kanta Separuh - 4.8mm Diameter - Kanta Hitam - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD438B ialah fotodioda silikon PIN berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan tindak balas pantas dan kepekaan tinggi terhadap cahaya inframerah. Ia dibungkus dalam pakej plastik pandangan sisi silinder padat dengan diameter 4.8mm. Ciri utama peranti ini ialah pakej epoksinyanya, yang diformulasikan untuk bertindak sebagai penapis inframerah (IR) bersepadu. Penapis terbina dalam ini dipadankan secara spektrum dengan pemancar IR biasa, meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi dengan memilih laluan panjang gelombang IR sasaran sambil melemahkan cahaya tampak yang tidak diingini.

Kelebihan teras PD438B termasuk masa tindak balas pantas, fotokepekaan tinggi, dan kapasitansi simpang kecil, menjadikannya sesuai untuk litar pengesanan berkelajuan tinggi. Peranti ini dibina menggunakan bahan bebas plumbum (Pb-free) dan mematuhi peraturan alam sekitar yang relevan seperti RoHS dan EU REACH, memastikan kesesuaiannya untuk pembuatan elektronik moden.

Pasaran sasaran utama dan aplikasi untuk fotodioda ini adalah dalam elektronik pengguna dan penderiaan industri. Ia amat sesuai digunakan sebagai pengesan foto berkelajuan tinggi dalam sistem seperti kamera, VCR, dan kamera video. Ciri-cirinya juga menjadikannya komponen yang boleh dipercayai dalam pelbagai suis optoelektronik dan modul penderiaan di mana pengesanan tepat isyarat IR adalah kritikal.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Peranti ini direka untuk beroperasi dengan boleh dipercayai dalam had persekitaran dan elektrik yang ditentukan. Melebihi Penarafan Maksimum Mutlak ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Voltan Songsang (VR):32 V. Ini ialah voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam pincang songsang merentasi terminal fotodioda.
• Penyerakan Kuasa (Pd):150 mW. Penarafan ini mempertimbangkan jumlah kuasa yang boleh ditangani oleh peranti, terutamanya daripada arus bocor songsang di bawah pincang.
• Suhu Operasi (Topr):-40°C hingga +85°C. Julat prestasi terjamin untuk fotodioda semasa operasi normal.
• Suhu Penyimpanan (Tstg):-40°C hingga +100°C. Julat suhu selamat untuk peranti apabila tidak dikuasakan.
• Suhu Pateri (Tsol):260°C untuk tempoh maksimum 5 saat. Ini mentakrifkan kekangan profil pateri alir semula untuk mencegah kerosakan pakej.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Parameter ini, diukur pada suhu piawai 25°C, mentakrifkan prestasi pengesanan foto teras PD438B.

• Lebar Jalur Spektrum (λ0.5):400 nm hingga 1100 nm. Ini mentakrifkan julat panjang gelombang di mana responsiviti fotodioda adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Ia mengesahkan kepekaan dari cahaya biru tampak ke inframerah dekat.
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λp):940 nm (Tipikal). Fotodioda paling sensitif kepada cahaya inframerah pada panjang gelombang ini, yang merupakan piawai untuk banyak LED IR dan sistem kawalan jauh.
• Voltan Litar Terbuka (VOC):0.35 V (Tipikal) di bawah penyinaran (Ee) 5 mW/cm² pada 940nm. Ini ialah voltan yang dijana oleh fotodioda dalam mod fotovolta (tiada pincang luaran) di bawah keadaan cahaya yang ditentukan.
• Arus Litar Pintas (ISC):18 µA (Tipikal) di bawah 1 mW/cm² pada 940nm. Ini ialah arus foto yang dijana apabila terminal diod dipintaskan, mewakili output arus maksimumnya untuk tahap cahaya tertentu.
• Arus Cahaya Songsang (IL):18 µA (Tipikal) pada VR=5V di bawah 1 mW/cm² pada 940nm. Ini ialah arus foto yang diukur apabila diod dipincang songsang, yang merupakan mod operasi piawai untuk tindak balas linear dan berkelajuan tinggi.
• Arus Gelap (Id):5 nA (Tipikal), 30 nA (Maks) pada VR=10V dalam kegelapan lengkap. Ini ialah arus bocor kecil yang mengalir walaupun tiada cahaya hadir. Arus gelap rendah adalah penting untuk mengesan isyarat cahaya lemah.
• Voltan Pecahan Songsang (BVR):170 V (Tipikal), 32 V (Min). Voltan di mana arus songsang meningkat dengan mendadak. Voltan songsang operasi harus sentiasa dikekalkan jauh di bawah nilai ini.
• Kapasitansi Jumlah (Ct):25 pF (Tipikal) pada VR=3V dan 1 MHz. Kapasitansi simpang ini secara langsung memberi kesan kepada kelajuan peranti; kapasitansi yang lebih rendah membolehkan masa tindak balas yang lebih pantas.
• Masa Naik/Jatuh (tr/tf):50 ns / 50 ns (Tipikal) dengan VR=10V dan perintang beban (RL) 1 kΩ. Parameter ini menentukan seberapa cepat output arus fotodioda boleh berubah sebagai tindak balas kepada denyut cahaya, mentakrifkan keupayaan kelajuan tingginya.

Toleransi untuk parameter utama ditentukan: Keamatan Pencahayaan (±10%), Panjang Gelombang Dominan (±1nm), dan Voltan Hadapan (±0.1V), memastikan konsistensi dalam kumpulan pengeluaran.

3. Analisis Keluk Prestasi

Spesifikasi ini menyediakan beberapa keluk ciri yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Ini adalah penting untuk pereka litar.

3.1 Kepekaan Spektrum

Keluk tindak balas spektrum menunjukkan kepekaan relatif fotodioda merentasi panjang gelombang yang berbeza. Ia akan memuncak dengan tajam sekitar 940 nm disebabkan oleh epoksi penapis IR bersepadu, dengan kepekaan yang berkurangan dengan ketara dalam spektrum tampak (400-700 nm). Keluk ini adalah kritikal untuk memastikan pengesan dipadankan dengan panjang gelombang pemancar.

3.2 Arus Gelap vs. Suhu Persekitaran

Keluk ini biasanya menunjukkan peningkatan eksponen dalam arus gelap (Id) apabila suhu persekitaran meningkat. Pereka mesti mengambil kira lantai bunyi yang meningkat ini dalam aplikasi suhu tinggi atau apabila mengesan isyarat cahaya yang sangat rendah.

3.3 Arus Cahaya Songsang vs. Penyinaran (Ee)

Graf ini menunjukkan hubungan linear antara kuasa cahaya tuju (penyinaran) dan arus foto yang dijana (IL) apabila diod dipincang songsang. Kelinearan adalah ciri utama fotodioda PIN, menjadikannya sesuai untuk aplikasi pengukuran cahaya.

3.4 Kapasitansi Terminal vs. Voltan Songsang

Kapasitansi simpang (Ct) berkurangan apabila voltan pincang songsang (VR) meningkat. Keluk ini membolehkan pereka memilih voltan pincang operasi yang mengoptimumkan pertukaran antara kelajuan (kapasitansi lebih rendah pada voltan lebih tinggi) dan penggunaan kuasa/haba.

3.5 Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban

Masa naik/jatuh (tr/tf) dipengaruhi oleh pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitansi simpang fotodioda dan rintangan beban luaran (RL). Keluk ini menunjukkan bagaimana masa tindak balas meningkat dengan perintang beban yang lebih besar, membimbing pemilihan RL untuk kelajuan yang dikehendaki dalam litar penguat transimpedans.

3.6 Penyerakan Kuasa vs. Suhu Persekitaran

Keluk penyahkadar ini menunjukkan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan sebagai fungsi suhu persekitaran. Apabila suhu meningkat, kuasa selamat maksimum yang boleh ditangani oleh peranti berkurangan secara linear, yang penting untuk pengurusan haba dalam reka bentuk sistem.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

PD438B dibungkus dalam pakej pandangan sisi silinder dengan diameter nominal 4.8mm. Lukisan mekanikal terperinci dalam spesifikasi memberikan semua dimensi kritikal termasuk diameter badan, panjang, jarak plumbum, dan diameter plumbum. Toleransi piawai ±0.25mm digunakan untuk semua dimensi pakej melainkan dinyatakan sebaliknya. Konfigurasi pandangan sisi direka untuk aplikasi di mana laluan cahaya selari dengan permukaan PCB.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Fotodioda ialah komponen berpolariti. Katod biasanya dikenal pasti oleh plumbum yang lebih panjang, titik rata pada pakej, atau penanda tertentu. Gambarajah pakej dalam spesifikasi dengan jelas menunjukkan sambungan anod dan katod, yang mesti dipatuhi semasa pemasangan untuk memastikan pincangan yang betul (pincang songsang untuk operasi normal).

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Untuk mengekalkan kebolehpercayaan dan mencegah kerosakan semasa proses pemasangan, keadaan pateri tertentu mesti dipatuhi.

• Pateri Alir Semula:Komponen ini sesuai untuk pemasangan permukaan menggunakan teknik pateri alir semula. Suhu puncak pateri tidak boleh melebihi 260°C, dan masa di atas suhu ini harus dihadkan kepada 5 saat atau kurang untuk mencegah kerosakan haba pada pakej epoksi dan die semikonduktor.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, besi pateri terkawal suhu harus digunakan. Masa sentuhan dengan plumbum harus diminimumkan, dan penyingkiran haba plumbum antara sambungan dan badan pakej adalah disyorkan.
• Keadaan Penyimpanan:Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asalnya dalam persekitaran yang dikawal dalam julat suhu penyimpanan -40°C hingga +100°C dan pada kelembapan rendah untuk mencegah pengoksidaan plumbum.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pembungkusan

Aliran pembungkusan piawai untuk PD438B adalah seperti berikut: 500 keping dibungkus dalam satu beg anti-statik. Enam beg ini kemudiannya diletakkan ke dalam satu kotak dalaman. Akhirnya, sepuluh kotak dalaman dibungkus ke dalam satu kotak penghantaran utama (luar), menghasilkan jumlah 30,000 keping setiap kotak utama.

6.2 Spesifikasi Label

Label pada pembungkusan mengandungi beberapa pengenal pasti utama:

• CPN:Nombor Produk Pelanggan (jika ditetapkan).
• P/N:Nombor produk pengilang (PD438B).
• QTY:Kuantiti peranti dalam pakej.
• CAT, HUE, REF:Kod yang mewakili pangkat keamatan pencahayaan, pangkat panjang gelombang dominan, dan pangkat voltan hadapan, masing-masing, untuk produk yang dikelaskan.
• No LOT:Nombor lot pembuatan yang boleh dikesan.

Pelabelan ini memastikan kebolehkesanan dan pengendalian bahan yang betul di seluruh rantaian bekalan.

7. Nota Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

7.1 Litar Aplikasi Biasa

PD438B paling biasa digunakan dalam salah satu daripada dua konfigurasi litar:

1. Mod Fotovolta (Pincang Sifar):Fotodioda disambungkan terus ke beban impedans tinggi (seperti input op-amp). Mod ini menawarkan arus gelap dan bunyi minimum tetapi mempunyai tindak balas lebih perlahan dan kelinearan lebih rendah. Ia sesuai untuk pengukuran cahaya berkelajuan rendah dan tepat.
2. Mod Fotokonduktif (Pincang Songsang):Fotodioda disambungkan dengan katod ke voltan positif dan anod ke tanah maya (contohnya, input penyongsang penguat transimpedans). Ini adalah mod yang disyorkan untuk PD438B untuk memanfaatkan keupayaan kelajuan tingginya. Pincang songsang mengurangkan kapasitansi simpang (meningkatkan kelajuan) dan meningkatkan kelinearan. Nilai perintang maklum balas dalam penguat transimpedans menetapkan gandaan (Vout = Iphoto * Rfeedback).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pemilihan Voltan Pincang:Pilih voltan pincang songsang (contohnya, 5V hingga 10V) yang memberikan kompromi baik antara kelajuan (kapasitansi lebih rendah) dan penggunaan kuasa. Jangan melebihi voltan songsang maksimum 32V.
• Pemilihan Penguat:Untuk aplikasi berkelajuan tinggi, pasangkan PD438B dengan penguat operasi berjalur lebar tinggi dan bunyi rendah yang dikonfigurasikan sebagai penguat transimpedans. Arus pincang input dan bunyi voltan penguat harus rendah supaya tidak merosotkan isyarat fotodioda.
• Susun Atur PCB:Jauhkan fotodioda dan penguat berkaitannya bersama untuk meminimumkan kapasitansi parasit dan pengambilan bunyi pada nod impedans tinggi sensitif. Gunakan cincin pelindung yang disambungkan ke titik impedans rendah (seperti output penguat atau satah bumi) di sekitar sambungan anod fotodioda untuk mengurangkan arus bocor.
• Penjajaran Optik:Pastikan penjajaran mekanikal yang betul antara pemancar IR dan fotodioda. Pakej pandangan sisi direka untuk ini. Pertimbangkan menggunakan tiub atau penghalang untuk menyekat cahaya ambien dan silang suara.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

PD438B membezakan dirinya di pasaran melalui beberapa ciri utama:

• Penapis IR Bersepadu:Pakej epoksi itu sendiri bertindak sebagai penapis, menghapuskan keperluan untuk komponen penapis berasingan, mengurangkan bilangan bahagian, kos, dan memudahkan pemasangan.
• Pakej Pandangan Sisi:Bentuk faktor pandangan sisi silinder adalah sesuai untuk aplikasi di mana laluan cahaya berjalan selari dengan PCB, seperti dalam sensor slot, sistem penderiaan tepi, dan jenis pengekod tertentu.
• Prestasi Seimbang:Ia menawarkan gabungan seimbang kelajuan (50 ns), kepekaan (18 µA pada 1 mW/cm²), dan arus gelap rendah, menjadikannya pilihan serba boleh untuk pelbagai tugas pengesanan IR sederhana-ke-tinggi.
• Pematuhan Alam Sekitar:Pembinaan bebas plumbum dan pematuhan kepada RoHS dan REACH menjadikannya sesuai untuk pasaran global dengan peraturan alam sekitar yang ketat.

Berbanding dengan fotodioda yang lebih besar, ia menawarkan tapak kaki yang lebih kecil. Berbanding dengan fotodioda tanpa penapis, ia memberikan penolakan bunyi cahaya tampak ambien yang lebih baik.

9. Soalan Lazim (FAQ)

Q1: Apakah tujuan kanta epoksi hitam?

A1: Epoksi hitam bukan hanya untuk penampilan; ia diformulasikan untuk menjadi penapis inframerah yang berkesan. Ia menghantar panjang gelombang IR sasaran (memuncak pada 940 nm) sambil menyerap banyak cahaya tampak, mengurangkan gangguan daripada sumber cahaya ambien seperti pencahayaan bilik dengan ketara.

Q2: Patutkah saya mengendalikan PD438B dengan atau tanpa voltan pincang songsang?

A2: Untuk operasi berkelajuan tinggi (seperti yang ditunjukkan oleh masa naik 50 ns), adalah sangat disyorkan untuk mengendalikan PD438B dalam mod fotokonduktif dengan pincang songsang, biasanya antara 5V dan 10V. Ini mengurangkan kapasitansi simpang dan meningkatkan kelinearan dan kelajuan.

Q3: Bagaimanakah saya menukar arus foto kepada isyarat voltan yang boleh digunakan?

A3: Kaedah paling biasa dan berkesan ialah menggunakan litar penguat transimpedans (TIA). Fotodioda disambungkan antara input penyongsang dan output op-amp, dengan perintang maklum balas menentukan gandaan (Vout = -Iphoto * Rf). Kapasitor maklum balas kecil sering ditambah selari dengan perintang untuk menstabilkan litar dan mengehadkan jalur lebar.

Q4: Apakah kepentingan parameter "Arus Gelap"?

A4: Arus gelap ialah arus kecil yang mengalir melalui fotodioda apabila ia berada dalam kegelapan lengkap dan di bawah pincang songsang. Ia bertindak sebagai sumber bunyi. Arus gelap yang lebih rendah (5 nA tipikal untuk PD438B) bermakna peranti boleh mengesan isyarat cahaya yang lebih lemah tanpa isyarat itu ditutupi oleh bunyinya sendiri.

Q5: Bolehkah fotodioda ini digunakan untuk pengesanan cahaya tampak?

A5: Walaupun julat spektrumnya bermula pada 400 nm (ungu), kepekaannya dalam spektrum tampak dilemahkan dengan ketara oleh kanta epoksi penapis IR. Kepekaan puncaknya adalah tegas dalam inframerah pada 940 nm. Untuk pengesanan cahaya tampak utama, fotodioda tanpa pakej penapis IR akan lebih sesuai.

10. Prinsip Operasi

Fotodioda 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 menghentam peranti, ia mencipta pasangan elektron-lubang dalam kawasan intrinsik. Di bawah pengaruh medan elektrik pincang songsang luaran, pembawa cas ini disapukan, menjana arus foto yang berkadar dengan keamatan cahaya tuju. Kawasan intrinsik yang luas membolehkan beberapa kelebihan: ia mencipta kawasan penipisan yang lebih besar untuk penyerapan foton (meningkatkan kepekaan), mengurangkan kapasitansi simpang (meningkatkan kelajuan), dan membolehkan operasi pada voltan songsang yang lebih tinggi. PD438B menggunakan silikon, yang mempunyai jurang jalur sesuai untuk mengesan cahaya dari spektrum tampak ke inframerah dekat.

11. Penafian dan Nota Penggunaan

Maklumat yang terkandung dalam dokumen teknikal ini tertakluk kepada perubahan tanpa notis. Graf dan nilai tipikal yang disediakan adalah untuk panduan reka bentuk dan tidak mewakili spesifikasi terjamin. Apabila melaksanakan komponen ini, pereka mesti mematuhi dengan ketat Penarafan Maksimum Mutlak untuk mencegah kegagalan peranti. Pengilang tidak bertanggungjawab atas sebarang kerosakan yang terhasil daripada penggunaan produk ini di luar keadaan operasi yang ditentukan. Produk ini tidak bertujuan untuk digunakan dalam aplikasi kritikal keselamatan, sokongan hayat, ketenteraan, automotif, atau aeroangkasa tanpa perundingan terlebih dahulu dan kelayakan khusus.