Lembaran Data Teknikal - Fotodioda Silikon PIN Subminiatur Bulat 1.8mm PD42-21C/TR8 - Dimensi Bulat 1.8mm - Kepekaan Puncak 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD42-21C/TR8 ialah fotodioda silikon PIN berkelajuan tinggi dan kepekaan tinggi yang direka untuk aplikasi pengesanan inframerah. Ia dibungkus dalam pakej peranti permukaan-pasang (SMD) miniatur bulat 1.8mm dengan kanta sfera pandangan atas yang diperbuat daripada plastik hitam. Reka bentuk padat ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang mempunyai ruang terhad tetapi memerlukan pengesanan inframerah yang boleh dipercayai.

Peranti ini dipadankan secara spektrum dengan diod pemancar inframerah biasa, mengoptimumkan prestasi dalam sistem yang dipasangkan dengan sumber IR. Kelebihan utamanya termasuk masa tindak balas pantas, kepekaan foto tinggi, dan kapasitan simpang kecil, yang sangat penting untuk pengesanan isyarat berkelajuan tinggi.

1.1 Ciri Teras dan Pematuhan

• Masa Tindak Balas Pantas:Membolehkan pengesanan perubahan isyarat optik yang pantas.
• Kepekaan Foto Tinggi:Memberikan output elektrik yang kuat daripada tahap cahaya rendah.
• Kapasitan Simpang Kecil:Menyumbang kepada operasi berkelajuan tinggi dengan mengurangkan pemalar masa RC.
• Pembungkusan:Dibekalkan pada pita 12mm yang dipasang pada gegelung berdiameter 7 inci untuk pemasangan automatik.
• Pematuhan Alam Sekitar:Produk ini bebas plumbum, mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH, dan bebas Halogen (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Aplikasi Sasaran

Fotodioda ini direka untuk digunakan dalam pelbagai sistem elektronik yang memerlukan pengesanan inframerah yang tepat.

• Pengesan foto berkelajuan tinggi
• Mesin fotokopi
• Mesin permainan dan peranti interaktif
• Sistem aplikasi inframerah umum (cth., sensor jarak, penghantaran data)

2. Penyelidikan Mendalam Spesifikasi Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Mengoperasikan peranti melebihi had ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Voltan Songsang (V_R):32 V
• Suhu Operasi (T_opr):-25°C hingga +85°C
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +85°C
• Suhu Pateri (T_sol):260°C untuk ≤5 saat
• Pelesapan Kuasa (P_d):150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik (T_a=25°C)

Parameter ini menentukan prestasi fotodioda di bawah keadaan biasa.

• Lebar Jalur Spektrum (λ_0.5):730 nm hingga 1100 nm. Peranti ini sensitif merentasi spektrum inframerah-dekat.
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λ_P):940 nm. Kepekaan maksimum berlaku pada panjang gelombang inframerah ini.
• Voltan Litar Terbuka (V_OC):Biasanya 0.42 V apabila disinari dengan 5 mW/cm² pada 940nm.
• Arus Litar Pintas (I_SC):2.0 hingga 12 μA (Tip. 5.0 μA) apabila disinari dengan 1 mW/cm² pada 875nm.
• Arus Cahaya Songsang (I_L):2.0 hingga 12 μA (Tip. 5.0 μA) pada V_R=5V apabila disinari dengan 1 mW/cm² pada 875nm. Ini ialah parameter operasi utama dalam mod fotokonduktif.
• Arus Gelap (I_D):Maksimum 10 nA pada V_R=10V. Ini ialah arus bocor tanpa kehadiran cahaya.
• Voltan Pecah Songsang (V_BR):Minimum 32 V, Tipikal 170 V pada I_R=100μA.
• Kapasitan Jumlah (C_t):Biasanya 5 pF pada V_R=5V, f=1MHz. Kapasitan rendah adalah kunci untuk lebar jalur tinggi.
• Masa Naik/Jatuh (t_r, t_f):Biasanya 6 ns setiap satu pada V_R=10V, R_L=1kΩ. Ini menentukan kelajuan tindak balas elektrik terhadap denyut cahaya.

3. Analisis Keluk Prestasi

Lembaran data termasuk keluk ciri tipikal yang penting untuk jurutera reka bentuk. Walaupun data grafik khusus tidak disediakan dalam bentuk teks, keluk ini biasanya menggambarkan hubungan antara parameter utama, membantu meramalkan tingkah laku peranti di bawah keadaan bukan standard.

3.1 Maklumat Keluk Tersirat

Berdasarkan ciri-ciri fotodioda standard, hubungan berikut biasanya diplot:

• Tindak Balas Spektrum:Keluk yang menunjukkan kepekaan relatif berbanding panjang gelombang, memuncak pada 940 nm dan jatuh kepada separuh pada 730 nm dan 1100 nm.
• Arus vs. Pencahayaan (I_Lvs. E_e):Dijangka linear dalam julat yang luas, mengesahkan kesesuaian fotodioda untuk pengukuran cahaya analog.
• Kapasitan vs. Voltan Songsang (C_tvs. V_R):Kapasitan biasanya berkurangan dengan peningkatan pincangan songsang, yang mempengaruhi tindak balas frekuensi.
• Arus Gelap vs. Suhu (I_Dvs. T):Arus gelap kira-kira berganda bagi setiap kenaikan suhu 10°C, yang sangat penting untuk operasi suhu tinggi.

4. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

Fotodioda ini datang dalam pakej bulat subminiatur dengan diameter badan 1.8mm. Lukisan mekanikal terperinci dalam lembaran data menentukan semua dimensi kritikal termasuk ketinggian kanta, jarak kaki, dan tapak keseluruhan. Toleransi biasanya ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Susun atur pad yang dicadangkan disediakan untuk rujukan reka bentuk PCB, tetapi jurutera dinasihatkan untuk mengubahsuainya berdasarkan proses pemasangan dan keperluan terma khusus mereka.

4.2 Pengenalpastian Polarity dan Pemasangan

Pakej SMD mempunyai orientasi tertentu. Lukisan lembaran data menunjukkan terminal katod dan anod. Polarity yang betul adalah penting untuk operasi litar yang betul. Badan plastik hitam dengan kanta sfera jernih membantu dalam kepekaan arah.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pengendalian yang betul adalah penting untuk mengekalkan kebolehpercayaan dan prestasi peranti.

5.1 Penyimpanan dan Kepekaan Kelembapan

• Jangan buka beg kalis lembapan sehingga sedia untuk digunakan.
• Simpan beg yang belum dibuka pada 10°C~30°C dan ≤90% RH.
• Gunakan dalam tempoh satu tahun selepas penghantaran.
• Selepas dibuka, peranti mesti digunakan dalam 168 jam (jangkahayat lantai) apabila disimpan pada 10°C~30°C dan ≤60% RH. Jika tidak, ia mesti dibakar semula dan disimpan dalam beg kering.
• Prosedur pembakaran: 96 jam pada 60°C ± 5°C dan <5% RH.

5.2 Keadaan Pateri

• Pateri Alir Balik:Profil suhu yang disyorkan disediakan. Jangan melebihi dua kitaran alir balik.
• Pateri Tangan:Gunakan besi pateri dengan suhu hujung <350°C dan kuasa <25W. Masa sentuhan setiap terminal hendaklah <3 saat. Benarkan selang 2 saat antara pateri setiap terminal untuk mengelakkan kerosakan terma.
• Elakkan tekanan mekanikal pada peranti semasa pemanasan dan elakkan meledingkan PCB selepas pateri.

5.3 Kerja Baik Semula dan Pembaikan

Pembaikan selepas pateri tidak disyorkan. Jika tidak dapat dielakkan, gunakan besi pateri berkepala dua untuk memanaskan kedua-dua terminal serentak dan mengangkat komponen secara sekata. Sentiasa sahkan fungsi peranti selepas sebarang kerja baik semula.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Peranti ini dibungkus dalam pita pembawa dengan dimensi yang ditentukan dalam lembaran data. Kuantiti standard ialah 1000 keping setiap gegelung 7 inci. Dimensi pita memastikan keserasian dengan peralatan pick-and-place SMD standard.

6.2 Maklumat Label

Label gegelung mengandungi maklumat standard untuk kebolehjejakan dan pemasangan yang betul: Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Bahagian (P/N), Nombor Lot, Kuantiti, Panjang Gelombang Puncak (HUE), Pangkat (CAT), Rujukan (REF), Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL-X), dan Asal Pembuatan.

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Perlindungan Litar

Kritikal:Perintang pengehad arus luaran mesti digunakan secara bersiri dengan fotodioda apabila beroperasi dalam mod fotokonduktif (pincang songsang). Tanpanya, perubahan voltan kecil boleh menyebabkan lonjakan arus besar, berpotensi membakar peranti.

7.2 Pincangan dan Pengkondisian Isyarat

Fotodioda boleh digunakan dalam dua mod utama:

• Mod Fotovolta (Pincang Sifar):Menjana voltan (V_OC). Menawarkan hingar rendah tetapi tindak balas lebih perlahan.
• Mod Fotokonduktif (Pincang Songsang):Dioperasikan dengan voltan songsang (cth., 5V seperti dalam spesifikasi). Ini mengurangkan kapasitan simpang (mempercepatkan tindak balas) dan meningkatkan kelinearan tetapi meningkatkan arus gelap. Penguat transimpedans (TIA) biasa digunakan untuk menukar arus foto (I_L) kepada isyarat voltan yang boleh digunakan.

7.3 Reka Bentuk Optik

Kanta sfera mempunyai sudut pandangan tertentu. Untuk gandingan optimum, sejajarkan sumber IR dalam sudut ini. Perumahan hitam meminimumkan pantulan dalaman dan silang bicara daripada cahaya ambien.

8. Perbandingan dan Kedudukan Teknikal

Berbanding dengan fotodioda standard, PD42-21C/TR8 menawarkan keseimbangan kelajuan (6 ns), kepekaan (5 μA tipikal pada 1mW/cm²), dan tapak SMD yang sangat padat. Kepekaan puncak 940nm menjadikannya padanan langsung untuk banyak LED IR kos rendah. Kapasitan rendah adalah pembeza utama untuk aplikasi frekuensi tinggi berbanding peranti dengan kawasan aktif yang lebih besar.

9. Soalan Lazim (FAQ)

9.1 Apakah perbezaan antara I_SCdan I_L?

I_SC(Arus Litar Pintas) diukur dengan voltan sifar merentasi diod. I_L(Arus Cahaya Songsang) diukur di bawah pincangan songsang yang dikenakan (cth., 5V). Dalam fotodioda PIN yang direka dengan baik, nilai-nilai ini sangat serupa, seperti yang ditunjukkan dalam lembaran data (kedua-duanya Tip. 5.0 μA). I_Ladalah parameter yang lebih praktikal untuk reka bentuk litar dalam operasi berpincang.

9.2 Bagaimana saya memilih nilai perintang siri?

Perintang mengehadkan arus di bawah pencahayaan maksimum. Kira R ≥ (Voltan Bekalan) / (Maksimum I_L). Daripada spesifikasi, Maks I_Lialah 12 μA. Untuk pincangan 5V, R hendaklah ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ. Nilai permulaan biasa ialah 100 kΩ, yang juga menetapkan lebar jalur bersama-sama dengan kapasitan simpang.

9.3 Bolehkah ini digunakan untuk pengesanan cahaya nampak?

Julat spektrumnya bermula pada 730 nm, iaitu dalam inframerah-dekat. Ia mempunyai kepekaan yang sangat rendah terhadap cahaya nampak (panjang gelombang di bawah 700 nm). Untuk cahaya nampak, fotodioda dengan kepekaan puncak dalam julat 550-650 nm akan lebih sesuai.

10. Contoh Kes Penggunaan Praktikal

Senario: Sensor Jarak Inframerah dalam Pengawal Permainan.

1. Pemadanan Komponen:PD42-21C/TR8 dipadankan dengan LED IR 940nm.
2. Reka Bentuk Litar:Fotodioda dipincang songsang dengan 3.3V melalui perintang 100 kΩ. Outputnya disambungkan ke input penyongsang op-amp yang dikonfigurasikan sebagai TIA dengan perintang maklum balas 1 MΩ dan kapasitor maklum balas kecil (cth., 1 pF) untuk menstabilkan tindak balas.
3. Operasi:LED IR memancarkan isyarat berdenyut. Apabila objek (cth., tangan pengguna) menghampiri, ia memantulkan cahaya IR ke fotodioda. TIA menukar peningkatan arus foto kepada lonjakan voltan yang boleh diukur.
4. Faedah:Tindak balas pantas fotodioda membolehkan pengesanan pantas pergerakan tangan. Saiz kecilnya mudah dimuatkan ke dalam perumahan pengawal padat. Kepekaan tinggi memastikan operasi yang boleh dipercayai walaupun dengan isyarat pantulan yang lemah.

11. Prinsip Operasi

Fotodioda PIN terdiri daripada kawasan intrinsik (I) yang luas dan didop ringan yang diapit di antara kawasan semikonduktor jenis-P dan jenis-N. Apabila dipincang songsang, kawasan intrinsik menjadi tertebus sepenuhnya, mencipta medan elektrik yang besar. Foton insiden dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor diserap, mencipta pasangan elektron-lubang. Medan elektrik yang kuat dengan pantas memisahkan pembawa ini, menjana arus foto yang berkadar dengan keamatan cahaya. Kawasan intrinsik yang luas mengurangkan kapasitan simpang (membolehkan kelajuan tinggi) dan meningkatkan isipadu untuk penyerapan foton (meningkatkan kepekaan), berbanding dengan fotodioda PN standard.

12. Trend Industri

Permintaan untuk pengesan foto miniatur berkelajuan tinggi terus berkembang, didorong oleh aplikasi dalam elektronik pengguna (telefon pintar, boleh pakai), automotif (LiDAR, pengesanan dalam kabin), dan automasi perindustrian. Trend termasuk miniaturisasi lanjut, integrasi fotodioda dengan litar penguatan dan pendigitan pada cip tunggal (cth., sensor optik bersepadu), dan peningkatan prestasi dalam jalur panjang gelombang tertentu untuk aplikasi baru seperti pengecaman isyarat dan pengesanan 3D. Peranti seperti PD42-21C/TR8 mewakili penyelesaian matang dan boleh dipercayai untuk aplikasi volum tinggi sensitif kos yang memerlukan pengesanan inframerah yang teguh.