Spesifikasi Teknikal (Datasheet) PD438C/S46 - Fotodiod PIN Silikon Semi-Lensa 4.8mm - Voltan Songsang 32V - Puncak Kepekaan 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD438C/S46 ialah fotodiod PIN silikon berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan tindak balas pantas dan kepekaan tinggi terhadap cahaya inframerah. Ia dibungkus dalam pakej plastik silinder pandangan sisi yang padat dengan diameter 4.8mm. Ciri utama peranti ini ialah pakej epoksi itu sendiri bertindak sebagai penapis inframerah (IR) bersepadu, yang dipadankan secara spektrum dengan pemancar IR biasa, meningkatkan prestasinya dalam sistem pengesanan IR dengan menapis cahaya tampak yang tidak diingini.

Fotodiod ini dicirikan oleh masa tindak balasnya yang pantas, fotokepekaan tinggi, dan kapasiti simpang yang kecil, menjadikannya sesuai untuk pengesanan optik berkelajuan tinggi. Ia dibina menggunakan bahan bebas plumbum dan mematuhi peraturan alam sekitar yang berkaitan.

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 maksimum yang boleh dikenakan dalam bias songsang merentasi terminal fotodiod.
• Penyerahan Kuasa (P_d):150 mW - Kuasa maksimum yang boleh diserahkan oleh peranti, terutamanya sebagai haba, di bawah keadaan yang ditetapkan.
• Suhu Operasi (T_opr):-40°C hingga +85°C - Julat suhu persekitaran di mana peranti dijamin memenuhi spesifikasi yang diterbitkan.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +100°C - Julat suhu untuk penyimpanan selamat apabila peranti tidak dibekalkan kuasa.
• Suhu Pateri (T_sol):260°C untuk tempoh tidak melebihi 5 saat, yang tipikal untuk proses pateri alir semula bebas plumbum.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur pada suhu persekitaran (T_a) 25°C dan mentakrifkan prestasi teras fotodiod.

• Lebar Jalur Spektrum (λ_0.5):840 nm hingga 1100 nm. Ini mentakrifkan julat panjang gelombang di mana responsiviti fotodiod adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Ia sensitif terutamanya dalam rantau inframerah dekat.
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λ_p):940 nm (Tipikal). Panjang gelombang cahaya di mana fotodiod paling sensitif. Ini sepadan dengan panjang gelombang pancaran biasa bagi banyak LED IR.
• Voltan Litar Terbuka (V_OC):0.35 V (Tipikal) apabila disinari dengan sinaran (E_e) 5 mW/cm² pada 940nm. Ini ialah voltan yang dijana oleh fotodiod tanpa beban luaran.
• Arus Litar Pintas (I_SC):18 µA (Tipikal) pada E_e= 1 mW/cm², λ_p=940nm. Ini ialah arus foto apabila output dipintaskan.
• Arus Cahaya Songsang (I_L):18 µA (Tipikal, Min 10.2 µA) pada E_e= 1 mW/cm², λ_p=940nm, dan voltan bias songsang (V_R) 5V. Ini ialah parameter operasi utama dalam mod fotokonduktif.
• Arus Gelap (I_d):5 nA (Tipikal, Maks 30 nA) pada V_R= 10V dalam kegelapan lengkap. Ini ialah arus bocor kecil yang mengalir walaupun tiada cahaya, parameter utama untuk nisbah isyarat-kepada-hingar.
• Voltan Pecahan Songsang (BV_R):Min 32V, Tip 170V, diukur pada arus songsang 100 µA. Ini menunjukkan voltan di mana simpang pecah.
• Kapasiti Jumlah (C_t):18 pF (Tipikal) pada V_R= 3V dan frekuensi ujian 1 MHz. Kapasiti yang lebih rendah membolehkan masa tindak balas yang lebih pantas.
• Masa Naik/Jatuh (t_r/t_f):50 ns / 50 ns (Tipikal) dengan V_R= 10V dan rintangan beban (R_L) 1 kΩ. Ini menentukan kelajuan tindak balas fotodiod kepada denyutan cahaya.

Toleransi untuk parameter utama ditetapkan sebagai: Keamatan Pencahayaan ±10%, Panjang Gelombang Dominan ±1nm, Voltan Hadapan ±0.1V.

3. Analisis Keluk Prestasi

Spesifikasi teknikal menyediakan beberapa keluk ciri yang menggambarkan prestasi di bawah pelbagai keadaan. Ini adalah penting untuk jurutera reka bentuk.

3.1 Kepekaan Spektrum

Keluk yang memplot kepekaan relatif terhadap panjang gelombang. Ia mengesahkan kepekaan puncak pada kira-kira 940nm dan menunjukkan tindak balas spektrum menurun ke arah sempadan julat 840-1100nm. Kanta epoksi bersepadu bertindak sebagai penapis, melemahkan tindak balas di luar jalur IR sasaran.

3.2 Arus Gelap vs. Suhu Persekitaran

Keluk ini biasanya menunjukkan bahawa arus gelap (I_d) meningkat secara eksponen dengan kenaikan suhu. Memahami hubungan ini adalah kritikal untuk aplikasi yang beroperasi dalam julat suhu yang luas, kerana ia mentakrifkan had bawah cahaya yang boleh dikesan (aras hingar).

3.3 Arus Cahaya Songsang vs. Sinaran (E_e)

Graf ini menunjukkan hubungan linear antara arus foto yang dijana (I_L) dan ketumpatan kuasa cahaya tuju. Fotodiod beroperasi dalam rantau yang sangat linear di bawah keadaan yang ditetapkan, yang penting untuk aplikasi pengukuran cahaya analog.

3.4 Kapasiti Terminal vs. Voltan Songsang

Kapasiti simpang (C_t) berkurangan dengan peningkatan voltan bias songsang. Ini ialah sifat asas simpang PN. Pereka bentuk boleh menggunakan voltan bias yang lebih tinggi untuk mengurangkan kapasiti dan seterusnya meningkatkan lebar jalur dan kelajuan tindak balas, dengan pertukaran peningkatan sedikit arus gelap.

3.5 Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban

Keluk ini menunjukkan bagaimana masa naik/jatuh dipengaruhi oleh nilai perintang beban luaran (R_L). R_Lyang lebih kecil secara amnya menghasilkan tindak balas yang lebih pantas tetapi menghasilkan ayunan voltan output yang lebih kecil. Graf ini membantu mengoptimumkan pertukaran kelajuan-amplitud dalam reka bentuk litar.

3.6 Penyerahan Kuasa vs. Suhu Persekitaran

Menggambarkan penurunan nilai penyerahan kuasa maksimum yang dibenarkan apabila suhu persekitaran meningkat. Pada suhu melebihi 25°C, peranti tidak boleh menyerahkan 150mW penuh, dan kuasa maksimum mesti dikurangkan secara linear kepada sifar pada suhu simpang maksimum.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

PD438C/S46 dibungkus dalam pakej plastik silinder pandangan sisi dengan diameter nominal 4.8mm. Lukisan dimensi menentukan diameter badan, panjang, jarak kaki, dan diameter kaki. Nota kritikal menentukan bahawa semua toleransi dimensi adalah ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya pada lukisan. Konfigurasi pandangan sisi adalah sesuai untuk aplikasi di mana laluan cahaya selari dengan permukaan PCB.

4.2 Pengenalpastian Kutub

Kutub biasanya ditunjukkan pada pakej atau dalam lukisan. Untuk fotodiod, katod biasanya disambungkan kepada voltan bekalan positif apabila beroperasi dalam bias songsang (mod fotokonduktif), dan anod disambungkan ke tanah litar atau input penguat transimpedans. Kutub yang betul adalah penting untuk operasi yang betul.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Peranti ini sesuai untuk proses pemasangan permukaan standard.

• Pateri Alir Semula:Suhu pateri maksimum yang disyorkan ialah 260°C. Masa kaki peranti terdedah kepada suhu pada atau melebihi puncak ini tidak boleh melebihi 5 saat. Ini konsisten dengan profil alir semula bebas plumbum tipikal (cth., IPC/JEDEC J-STD-020).
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, besi yang dikawal suhu harus digunakan. Masa sentuhan per kaki harus diminimumkan untuk mengelakkan pemindahan haba berlebihan ke die semikonduktor sensitif.
• Pembersihan:Proses pembersihan PCB standard boleh digunakan, tetapi keserasian agen pembersih dengan bahan pakej plastik harus disahkan.
• Keadaan Penyimpanan:Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asal pada suhu antara -40°C dan +100°C dan pada kelembapan rendah untuk mengelakkan pengoksidaan kaki dan penyerapan kelembapan oleh pakej.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pembungkusan

Aliran pembungkusan standard adalah seperti berikut: 500 keping dibungkus dalam satu beg. Lima beg kemudiannya dimasukkan ke dalam satu kotak dalaman. Akhirnya, sepuluh kotak dalaman dibungkus ke dalam satu kotak utama (luar). Ini menghasilkan jumlah 25,000 keping setiap kotak utama.

6.2 Spesifikasi Label

Label pada pembungkusan mengandungi maklumat utama untuk kebolehjejakan dan pengenalan:

• CPN:Nombor Produk Pelanggan (jika diberikan).
• P/N:Nombor Produk Pengilang (cth., PD438C/S46).
• QTY:Kuantiti peranti dalam pakej.
• CAT, HUE, REF:Kod untuk pangkat keamatan pencahayaan, pangkat panjang gelombang dominan, dan pangkat voltan hadapan, masing-masing, menunjukkan pengelasan prestasi.
• No LOT:Nombor lot pembuatan untuk kebolehjejakan.
• REF:Nombor rujukan untuk mengenal pasti label.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesan Foto Berkelajuan Tinggi:Sesuai untuk pautan data optik, penyelaras, dan pengesanan denyutan di mana masa tindak balas 50ns adalah kelebihan utama.
• Aplikasi Kamera:Boleh digunakan dalam sistem fokus automatik, pengukuran cahaya, atau sebagai pengesan kehadiran IR.
• Suis Optoelektronik:Digunakan dalam pengesanan objek, pengesan slot, dan suis had. Penapis IR bersepadu membantu menolak gangguan cahaya ambien.
• VCR dan Kamera Video:Secara sejarah digunakan dalam pengesan pembilang pita, penerima kawalan jauh, atau fungsi penderiaan optik dalaman lain.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Voltan Bias:Beroperasi dalam mod fotokonduktif (dengan bias songsang) adalah disyorkan untuk operasi berkelajuan tinggi dan linear. Bias 5V hingga 10V adalah tipikal, mengimbangi kelajuan (kapasiti lebih rendah) dan hingar (arus gelap lebih rendah).
• Topologi Litar:Untuk kelajuan dan kelinearan terbaik, gunakan penguat transimpedans (TIA) untuk menukar arus foto kepada voltan. Perintang dan kapasitor suap balik dalam TIA mesti dipilih berdasarkan lebar jalur yang dikehendaki dan kapasiti fotodiod.
• Penjajaran Optik:Pakej pandangan sisi memerlukan reka bentuk mekanikal yang teliti untuk memastikan penjajaran yang betul dengan sumber cahaya, yang selalunya juga LED IR pandangan sisi.
• Penolakan Cahaya Ambien:Walaupun epoksi bertindak sebagai penapis IR, untuk persekitaran dengan sumber IR kuat (cth., cahaya matahari), penapisan optik tambahan atau teknik modulasi/penyahmodulasi mungkin diperlukan.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

PD438C/S46 menawarkan beberapa kelebihan berbeza dalam kelasnya:

• Penapis IR Bersepadu:Tidak seperti banyak fotodiod asas yang memerlukan penapis berasingan, epoksi pakej dirumus untuk menapis cahaya, memudahkan pemasangan dan mengurangkan bilangan komponen.
• Pakej Pandangan Sisi:Pakej silinder pandangan sisi 4.8mm ialah faktor bentuk khusus yang dioptimumkan untuk aplikasi di mana laluan cahaya berjalan selari dengan PCB, menawarkan medan pandangan yang padat dan diarahkan.
• Prestasi Seimbang:Ia memberikan keseimbangan yang baik antara kelajuan (50ns), kepekaan (18 µA pada 1 mW/cm²), dan arus gelap (5 nA), menjadikannya pilihan serba boleh untuk pengesanan IR tujuan am.
• Penarafan Teguh:Dengan penarafan voltan songsang 32V dan julat suhu operasi yang luas (-40°C hingga +85°C), ia sesuai untuk persekitaran perindustrian dan automotif (untuk aplikasi bukan kritikal keselamatan seperti penafian).

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

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

J: Dalam mod fotovolta (V_R=0V), fotodiod menjana voltan sendiri (lihat V_OC). Ia mempunyai arus gelap yang sangat rendah tetapi kapasiti lebih tinggi dan tindak balas lebih perlahan. Mod fotokonduktif (menggunakan V_R) melebarkan rantau penyahcas, menurunkan kapasiti dan mempercepatkan tindak balas (lihat t_r/t_f), dengan kos arus gelap kecil dan malar (I_d). Untuk pengesanan berkelajuan tinggi, mod fotokonduktif adalah lebih baik.

S: Bagaimanakah saya mentafsir parameter "Arus Cahaya Songsang (I_L)"?

J: Ini ialah parameter paling berguna untuk reka bentuk litar. Ia memberitahu anda bahawa di bawah keadaan cahaya tertentu (1 mW/cm² pada 940nm) dan dengan bias songsang 5V, anda boleh menjangkakan arus foto tipikal 18 µA. Litar penguat anda mesti direka untuk mengendalikan julat arus ini. Nilai minimum 10.2 µA adalah penting untuk reka bentuk kes terburuk.

S: Mengapakah arus gelap penting?

J: Arus gelap ialah sumber utama hingar dalam fotodiod apabila tiada cahaya. Ia menetapkan had bawah cahaya yang boleh dikesan. Arus gelap yang lebih rendah (5 nA tipikal untuk peranti ini) bermakna penderia boleh mengesan isyarat cahaya yang lebih lemah. Perhatikan bahawa arus gelap berganda kira-kira setiap kenaikan suhu 10°C.

S: Bolehkah saya menggunakan ini dengan sumber cahaya selain 940nm?

J: Ya, tetapi dengan kepekaan yang berkurangan. Rujuk keluk Kepekaan Spektrum. Fotodiod akan bertindak balas kepada cahaya dari kira-kira 840nm hingga 1100nm, tetapi arus output untuk kuasa optik yang sama akan lebih rendah jika panjang gelombang tidak dekat dengan puncak 940nm.

10. Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Kes: Mereka Bentuk Penderia Jarak IR untuk Paip Automatik.

1. Blok Sistem:LED IR (memancar pada 940nm) dan fotodiod PD438C/S46 diletakkan bersebelahan di belakang tingkap lutsinar. LED didenyutkan. Apabila tiada objek hadir, kebanyakan cahaya IR berselerak. Apabila tangan diletakkan berhampiran paip, cahaya IR yang dipantul memasuki fotodiod.
2. Rasional Pemilihan Komponen:PD438C/S46 dipilih kerana kepekaan puncak 940nmnya sepadan dengan LED. Penapis IR bersepadu dalam pakejnya membantu menolak cahaya tampak ambien dari lampu siling, mengurangkan pencetus palsu. Pakej pandangan sisi membolehkan kedua-dua pemancar dan pengesan dipasang rata pada PCB, menghadap ke luar.
3. Reka Bentuk Litar:Fotodiod dibias songsang dengan 5V. Outputnya disambungkan kepada penguat transimpedans. Gandaan penguat (perintang suap balik) ditetapkan supaya isyarat pantulan yang dijangkakan (sebahagian daripada 18 µA/mW/cm²) menghasilkan voltan yang boleh digunakan. Pembanding selepas penguat mengesan apabila voltan ini melebihi ambang yang ditetapkan.
4. Pengoptimuman:Frekuensi dan tempoh denyutan LED dipilih untuk berada di luar frekuensi kelipan cahaya ambien (cth., 100Hz dari pencahayaan utama). Sistem hanya mencari isyarat yang disegerakkan dengan denyutan LED, memberikan kekebalan hingar yang sangat baik.

11. Pengenalan Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor dengan rantau intrinsik (I) yang luas dan didop ringan yang diapit antara rantau jenis-P dan jenis-N. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor (untuk silikon, panjang gelombang lebih pendek daripada ~1100nm) menghentam peranti, ia boleh mencipta pasangan elektron-lubang dalam rantau intrinsik. Di bawah pengaruh medan elektrik terbina dalam (dalam mod fotovolta) atau medan bias songsang yang dikenakan (dalam mod fotokonduktif), pembawa cas ini disapu berasingan, menjana arus foto yang berkadar dengan keamatan cahaya tuju. Rantau intrinsik yang luas dalam struktur PIN mengurangkan kapasiti simpang (membolehkan tindak balas lebih pantas) dan meningkatkan isipadu untuk penyerapan foton (meningkatkan kepekaan), berbanding dengan fotodiod PN standard.

12. Aliran Teknologi dan Konteks

Fotodiod PIN silikon seperti PD438C/S46 adalah penyelesaian matang, boleh dipercayai, dan kos efektif untuk pengesanan inframerah dekat. Aliran semasa dalam bidang ini termasuk:

• Integrasi:Beralih ke arah penyelesaian bersepadu yang menggabungkan fotodiod, penguat, dan kadangkala pemacu LED dan logik digital ke dalam satu pakej atau cip (cth., opto-ASIC).
• Pengecilan:Pembangunan fotodiod dalam pakej permukaan yang lebih kecil (cth., pakej skala cip) untuk aplikasi terhad ruang seperti peranti mudah alih.
• Bahan Khusus:Untuk panjang gelombang melebihi potongan silikon (~1100nm), bahan seperti InGaAs digunakan. Walau bagaimanapun, silikon kekal dominan untuk spektrum tampak dan IR dekat kerana kos rendah dan kebolehpengilangan yang sangat baik.
• Prestasi Dipertingkatkan:Penyelidikan berterusan memberi tumpuan kepada mengurangkan kapasiti dan arus gelap lebih lanjut untuk meningkatkan kelajuan dan kepekaan, selalunya melalui profil pendopan lanjutan dan struktur peranti.

PD438C/S46 mewakili komponen khusus aplikasi yang dioptimumkan dengan baik dalam landskap teknologi yang lebih luas ini, menawarkan keseimbangan praktikal prestasi, saiz, dan kos untuk pelbagai tugas penderiaan IR perindustrian dan pengguna.