Spesifikasi Teknikal PD638B Diod Foto PIN Silikon - 2.75x5.25mm - Voltan Songsang 32V - Penyerakan Kuasa 150mW - Kanta Hitam - Dokumen Teknikal MS

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD638B ialah diod foto PIN Silikon yang pantas dan sangat sensitif, dibungkus dalam pakej plastik pandangan sisi rata padat berukuran 2.75mm x 5.25mm. Komponen ini direka khas untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan optik pantas. Pakej epoksinya diformulasikan untuk bertindak sebagai penapis inframerah (IR) bersepadu, dengan ciri spektrumnya dipadankan dengan teliti kepada pemancar IR biasa, meningkatkan nisbah isyarat-ke-hingar dalam sistem penderiaan IR. Peranti ini mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH dan dibina menggunakan bahan bebas plumbum.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama PD638B termasuk masa tindak balas yang sangat pantas, fotosensitiviti tinggi, dan kapasitan simpang kecil, yang kritikal untuk aplikasi jalur lebar tinggi. Saiznya yang kecil menjadikannya sesuai untuk reka bentuk yang terhad ruang. Pakej penapisan IR bersepadu memudahkan reka bentuk optik dengan mengurangkan keperluan untuk penapis luaran. Diod foto ini disasarkan kepada pasaran dan aplikasi yang melibatkan pengesanan optik pantas, sistem pengimejan, dan pensuisan optoelektronik, seperti dalam elektronik pengguna, automasi perindustrian, dan peranti komunikasi.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif terperinci tentang parameter teknikal utama yang dinyatakan dalam lembaran data, menerangkan kepentingannya untuk jurutera reka bentuk.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi pada atau di bawah had ini tidak dijamin.

• Voltan Songsang (VR):32 V. Ini ialah voltan pincang songsang maksimum yang boleh dikenakan merentasi terminal diod foto. Melebihi voltan ini berisiko menyebabkan pecah longsoran dan kegagalan peranti.
• Penyerakan Kuasa (Pd):150 mW. Ini ialah kuasa maksimum yang dibenarkan yang boleh diserakkan oleh peranti sebagai haba, terutamanya ditentukan oleh hasil darab voltan songsang dan arus gelap atau arus foto di bawah keadaan operasi.
• Suhu Operasi (Topr):-40°C hingga +85°C. Julat suhu ambien di mana peranti ditentukan untuk beroperasi dengan betul.
• Suhu Penyimpanan (Tstg):-40°C hingga +100°C. Julat suhu untuk penyimpanan tanpa operasi tanpa degradasi.
• Suhu Paterian (Tsol):260°C untuk tempoh tidak melebihi 5 saat. Ini adalah kritikal untuk pemasangan PCB menggunakan proses reflow atau paterian tangan untuk mengelakkan kerosakan pakej.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini, diukur pada Ta=25°C, mentakrifkan prestasi teras diod foto sebagai penderia cahaya.

• Lebar Jalur Spektrum (λ0.5):840 nm hingga 1100 nm. Julat ini menunjukkan panjang gelombang di mana responsiviti diod foto adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Ia mengesahkan peranti dioptimumkan untuk spektrum inframerah dekat.
• Panjang Gelombang Sensitiviti Puncak (λp):940 nm (Tipikal). Diod foto paling sensitif kepada cahaya pada panjang gelombang inframerah ini, menjadikannya sesuai untuk dipasangkan dengan LED IR 940nm.
• Voltan Litar Terbuka (VOC):0.35 V (Tipikal) pada Ee=5 mW/cm², λp=940nm. Ini ialah voltan yang dihasilkan oleh diod foto dalam mod fotovolta (pincang sifar) di bawah pencahayaan yang ditentukan.
• Arus Litar Pintas (ISC):18 µA (Tipikal) pada Ee=1 mW/cm², λp=940nm. Ini ialah arus foto yang dihasilkan apabila terminal diod dipintaskan (voltan sifar merentasinya).
• Arus Cahaya Songsang (IL):18 µA (Tipikal, Min 10.2 µA) pada Ee=1 mW/cm², λp=940nm, VR=5V. Ini ialah parameter utama untuk operasi mod fotokonduktif (pincang songsang dikenakan). Ia mentakrifkan arus isyarat untuk keamatan cahaya tertentu.
• Arus Gelap (Id):5 nA (Tipikal, Maks 30 nA) pada VR=10V. Ini ialah arus bocor songsang kecil yang mengalir apabila peranti berada dalam kegelapan sepenuhnya. Arus gelap yang lebih rendah adalah lebih baik untuk mengesan isyarat cahaya lemah.
• Voltan Pecah Songsang (BVR):170 V (Tipikal, Min 32 V) diukur pada IR=100µA. Ini ialah voltan di mana arus songsang meningkat dengan mendadak. Voltan songsang operasi harus jauh di bawah nilai ini.
• Kapasitan Jumlah (Ct):25 pF (Tipikal) pada VR=3V, f=1 MHz. Kapasitan simpang adalah faktor kritikal yang mengehadkan lebar jalur. Kapasitan yang lebih rendah membolehkan masa tindak balas yang lebih pantas.
• Masa Naik/Turun (tr/tf):50 ns / 50 ns (Tipikal) pada VR=10V, RL=1 kΩ. Ini menentukan kelajuan output arus sebagai tindak balas kepada perubahan langkah dalam keamatan cahaya. Nilai 50 ns menunjukkan kesesuaian untuk aplikasi pengesanan sederhana hingga pantas.

3. Penjelasan Sistem Binning

PD638B boleh didapati dalam bin prestasi berbeza, terutamanya berdasarkan parameter Arus Cahaya Songsang (IL) yang diukur di bawah keadaan piawai (Ee=1 mW/cm², λp=940nm, VR=5V). Ini membolehkan pereka memilih peranti dengan julat arus foto yang dijamin untuk prestasi sistem yang konsisten.

• BIN1:IL = 10.2 µA (Min) hingga 16.5 µA (Maks)
• BIN2:IL = 13.5 µA (Min) hingga 22.0 µA (Maks)
• BIN3:IL = 18.0 µA (Min) hingga 27.5 µA (Maks)
• BIN4:IL = 22.5 µA (Min) hingga 33.0 µA (Maks)

Lembaran data juga menyatakan toleransi piawai untuk parameter berkaitan: Keamatan Pencahayaan (±10%), Panjang Gelombang Dominan (±1nm), dan Voltan Hadapan (±0.1V), walaupun ini lebih tipikal untuk pemancar dan mungkin disenaraikan untuk rujukan dalam produk berkaitan.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lengkung ciri tipikal memberikan gambaran visual tentang bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi.

4.1 Penyerakan Kuasa vs. Suhu Ambien

Lengkung ini menunjukkan penurunan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C. Untuk memastikan kebolehpercayaan, kuasa yang diserakkan mesti dikurangkan secara linear mengikut graf ini apabila beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.

4.2 Sensitiviti Spektrum

Plot ini menggambarkan responsiviti ternormal diod foto merentasi spektrum panjang gelombang. Ia mengesahkan secara visual puncak pada 940 nm dan lebar jalur spektrum yang ditakrifkan dari 840 nm hingga 1100 nm, menunjukkan kesan penapis IR bersepadu dalam melemahkan cahaya nampak.

4.3 Arus Gelap vs. Suhu Ambien

Arus gelap sangat bergantung pada suhu, biasanya berganda untuk setiap kenaikan suhu 10°C. Lengkung ini membolehkan pereka menganggarkan paras hingar (arus gelap) pada suhu operasi khusus mereka, yang penting untuk aplikasi cahaya rendah atau gandaan tinggi.

4.4 Arus Cahaya Songsang vs. Iradians (Ee)

Graf ini menunjukkan hubungan linear antara arus foto yang dihasilkan (IL) dan iradians cahaya tuju. Kelinearan adalah ciri utama diod foto PIN, menjadikannya sesuai untuk aplikasi pengukuran cahaya.

4.5 Kapasitan Terminal vs. Voltan Songsang

Kapasitan simpang berkurangan dengan peningkatan voltan pincang songsang. Lengkung ini menunjukkan bagaimana menggunakan voltan songsang yang lebih tinggi (dalam had) boleh mengurangkan Ct, seterusnya berpotensi meningkatkan kelajuan tindak balas litar.

4.6 Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban

Masa naik/turun dipengaruhi oleh pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitan simpang diod foto dan rintangan beban luaran (RL). Lengkung ini membimbing pemilihan RL untuk mencapai lebar jalur yang dikehendaki, menunjukkan bahawa nilai RL yang lebih kecil menghasilkan tindak balas yang lebih pantas tetapi ayunan voltan output yang lebih kecil.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

PD638B datang dalam pakej plastik pandangan sisi rata. Dimensi utama dari lukisan ialah saiz badan 2.75mm (lebar) x 5.25mm (panjang). Jarak lead dan ketinggian keseluruhan juga ditakrifkan. Semua toleransi yang tidak dinyatakan adalah ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya pada lukisan berdimensi. Pakej ini mempunyai kanta hitam yang berfungsi sebagai penapis IR bersepadu.

5.2 Pengenalpastian Polarity

Terminal katod (K) dan anod (A) mesti dikenal pasti dengan betul untuk sambungan litar yang betul. Gambarajah pakej lembaran data menunjukkan pinout. Biasanya, katod disambungkan ke voltan yang lebih positif dalam operasi pincang songsang (fotokonduktif).

6. Garis Panduan Paterian dan Pemasangan

Penarafan maksimum mutlak untuk paterian ialah 260°C untuk tempoh tidak melebihi 5 saat. Ini serasi dengan profil paterian reflow bebas plumbum piawai (IPC/JEDEC J-STD-020). Adalah kritikal untuk mematuhi had ini untuk mengelakkan kerosakan haba pada pakej epoksi, sambungan die dalaman, atau ikatan wayar. Untuk paterian tangan, besi yang dikawal suhu harus digunakan dengan masa sentuhan minimum. Langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) piawai harus dipatuhi semasa pengendalian dan pemasangan, kerana diod foto adalah peranti semikonduktor sensitif.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Pembungkusan

Konfigurasi pembungkusan piawai ialah:
1. 500 keping setiap beg anti-statik.
2. 6 beg setiap kotak dalaman.
3. 10 kotak dalaman setiap kotak utama (luar).
Ini menghasilkan jumlah 30,000 keping setiap kotak utama.

7.2 Spesifikasi Label

Label pada pembungkusan mengandungi beberapa medan untuk kebolehjejakan dan pengenalpastian:
CPN:Nombor Bahagian Pelanggan.
P/N:Nombor Produk Pengilang (cth., PD638B).
QTY:Kuantiti dibungkus.
CAT:Pangkat Keamatan Pencahayaan (Kod BIN).
HUE:Pangkat Panjang Gelombang Dominan.
REF:Pangkat Voltan Hadapan.
LOT No:Nombor Lot Pembuatan untuk kebolehjejakan.
X:Kod bulan.
Nombor rujukan mengenal pasti label itu sendiri.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Pengesan Foto Pantas:Dalam pautan komunikasi optik, pengimbas kod bar, atau sistem pengesanan denyut di mana masa tindak balas 50 ns digunakan.
• Kamera:Kemungkinan untuk digunakan dalam pengesanan penapis potong IR, penderia meter cahaya, atau penderiaan jarak dekat dalam modul kamera.
• Suis Optoelektronik:Dalam pengesanan objek, penderiaan kedudukan, atau modul pemutus di mana pancaran IR diputuskan.
• VCR, Kamera Video:Untuk pengesanan hujung pita, sistem bantuan fokus automatik, atau litar penerima kawalan jauh (walaupun modul penerima IR khusus lebih biasa untuk RC).

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pemilihan Pincang:Tentukan antara mod fotovolta (pincang sifar, hingar rendah) dan fotokonduktif (pincang songsang, kelajuan lebih pantas, kelinearan) berdasarkan keperluan aplikasi untuk kelajuan, hingar, dan kelinearan output.
• Litar Pincang:Untuk mod fotokonduktif, pastikan bekalan pincang songsang yang stabil. Perintang mudah dari sumber voltan adalah biasa, tetapi penguat transimpedans (TIA) berasaskan op-amp adalah piawai untuk menukar arus foto kepada voltan dengan gandaan dan lebar jalur tinggi.
• Lebar Jalur vs. Sensitiviti:Terdapat pertukaran. Menggunakan perintang beban (RL) yang lebih besar dalam litar mudah meningkatkan voltan output tetapi mengurangkan lebar jalur kerana pemalar RC yang lebih tinggi. Konfigurasi TIA menawarkan kawalan yang lebih baik terhadap pertukaran ini.
• Penjajaran Optik:Pastikan penjajaran mekanikal yang betul antara sumber IR (cth., LED 940nm) dan kawasan aktif diod foto, mempertimbangkan orientasi pakej pandangan sisinya.
• Penolakan Cahaya Ambien:Walaupun penapis IR terbina dalam membantu, perisai optik tambahan atau teknik modulasi/penyahmodulasi mungkin diperlukan dalam persekitaran dengan cahaya IR ambien yang kuat (cth., cahaya matahari).

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan diod foto PN piawai, struktur PIN PD638B menawarkan kelebihan berbeza:
Kawasan Penipisan Lebih Luas:Kawasan intrinsik (I) mewujudkan lebar penipisan yang lebih besar di bawah pincang songsang. Ini membawa kepada:
1. Kapasitan Simpang Lebih Rendah:Membolehkan masa tindak balas lebih pantas (50 ns berbanding biasanya mikrosaat untuk sesetengah diod PN).
2. Kecekapan Kuantum Lebih Tinggi:Kawasan yang lebih luas membolehkan lebih banyak foton diserap dalam zon penipisan, menghasilkan lebih banyak pembawa per foton dan menghasilkan fotosensitiviti yang lebih tinggi.
3. Kelinearan Diperbaiki:Medan elektrik lebih seragam merentasi kawasan I, membawa kepada kelinearan yang lebih baik antara keamatan cahaya dan arus foto dalam julat yang luas.
Penapis IR bersepadu adalah pembeza utama lain, mengurangkan bilangan komponen dan memudahkan pemasangan optik berbanding menggunakan diod foto dan penapis berasingan.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

10.1 Apakah perbezaan antara Arus Litar Pintas (ISC) dan Arus Cahaya Songsang (IL)?

ISCISC diukur dengan voltan sifar merentasi diod (litar pintas).ILIL diukur dengan pincang songsang tertentu dikenakan (cth., 5V). Dalam diod foto ideal, mereka akan sama, tetapi dalam praktik, IL mungkin sedikit lebih tinggi kerana medan elektrik menyapu pembawa dengan lebih cekap. Lembaran data menyenaraikan kedua-duanya; IL lebih relevan untuk operasi pincang songsang tipikal.

10.2 Bagaimana saya memilih BIN yang betul?

Pilih BIN berdasarkan arus isyarat minimum yang diperlukan untuk litar anda berfungsi dengan boleh dipercayai. Jika gandaan sistem anda tetap, pilih BIN yang menjamin arus foto yang anda perlukan pada tahap cahaya yang dijangkakan. BIN3 (18-27.5 µA) memberikan nilai tipikal. Untuk konsistensi sistem-ke-sistem yang lebih ketat, tentukan BIN tunggal.

10.3 Bolehkah saya mengendalikan diod foto ini pada voltan antara 5V dan 32V?

Ya, anda boleh mengendalikannya pada sebarang voltan songsang sehingga Penarafan Maksimum Mutlak 32V. Beroperasi pada pincang songsang yang lebih tinggi (cth., 10V atau 20V) secara amnya akan mengurangkan kapasitan simpang (meningkatkan kelajuan) dan mungkin sedikit meningkatkan arus foto, tetapi ia juga akan meningkatkan arus gelap. Jadual ciri elektro-optik memberikan data khusus pada VR=5V dan VR=10V untuk rujukan.

10.4 Adakah penguat luaran diperlukan?

Untuk kebanyakan aplikasi, ya. Output arus foto adalah dalam julat mikroamp. Penguat transimpedans (TIA) adalah litar piawai untuk menukar arus kecil ini kepada isyarat voltan yang boleh digunakan dengan gandaan dan lebar jalur yang boleh dikawal. Perintang beban mudah boleh digunakan untuk aplikasi pensuisan asas, kelajuan rendah.

11. Contoh Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Suis Pemutus Optik Pantas.
Matlamat:Mengesan kehadiran objek yang memutuskan pancaran IR dengan masa tindak balas lebih pantas daripada 100 µs.
Langkah Reka Bentuk:
1. Pemadanan:Gunakan LED IR 940nm sebagai sumber cahaya, didorong dengan arus denyut untuk menjimatkan kuasa dan menolak cahaya ambien.
2. Pincang:Kendalikan PD638B dalam mod fotokonduktif. Kenakan pincang songsang 5V hingga 10V melalui perintang had arus dari rel bekalan.
3. Penyelarasan Isyarat:Sambungkan anod diod foto ke input penyongsang op-amp yang dikonfigurasikan sebagai TIA. Katod disambungkan ke bekalan pincang. Perintang suap balik (Rf) TIA menetapkan gandaan (Vout = I_foto * Rf). Kapasitor suap balik (Cf) selari dengan Rf digunakan untuk mengawal lebar jalur dan kestabilan.
4. Pemilihan Komponen:Pilih op-amp dengan produk gandaan-lebar jalur yang mencukupi, arus pincang input rendah, dan hingar rendah. Pilih Rf untuk mendapatkan ayunan voltan output yang sesuai apabila pancaran tidak terputus. Kira Cf berdasarkan kapasitan diod foto (Ct ~25pF) dan lebar jalur yang dikehendaki: f_3dB ≈ 1/(2π * Rf * Ct) untuk had RC asas, tetapi pengiraan kestabilan op-amp adalah kritikal.
5. Pemprosesan Output:Output TIA ialah voltan yang jatuh apabila pancaran diganggu. Isyarat ini boleh dimasukkan ke dalam pembanding dengan histeresis untuk mencipta isyarat output digital yang bersih.

12. Pengenalan Prinsip Operasi

Diod foto PIN ialah peranti semikonduktor dengan struktur lapisan Jenis-P, Intrinsik (tidak didop), dan Jenis-N. Dalam mod operasi fotokonduktif, voltan pincang songsang dikenakan. Ini meluaskan kawasan penipisan, yang terutamanya merangkumi lapisan intrinsik. Apabila foton dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor (cth., cahaya inframerah untuk silikon) menghentam kawasan penipisan, mereka merangsang elektron dari jalur valens ke jalur konduksi, mencipta pasangan elektron-lubang. Medan elektrik kuat yang hadir dalam kawasan penipisan disebabkan oleh pincang songsang dengan cepat memisahkan pembawa ini dan menyapunya ke arah terminal masing-masing—elektron ke sisi-N dan lubang ke sisi-P. Pergerakan cas ini membentuk arus foto yang mengalir dalam litar luaran, berkadar dengan keamatan cahaya tuju. Peranan utama lapisan intrinsik adalah untuk menyediakan kawasan besar, medan rendah untuk penyerapan foton dan penjanaan pembawa, membawa kepada kecekapan dan kelajuan tinggi sambil mengekalkan kapasitan rendah.

13. Trend dan Perkembangan Teknologi

Bidang pengesanan foto terus berkembang. Trend umum yang berkaitan dengan komponen seperti PD638B termasuk:
Integrasi Meningkat:Beralih ke arah diod foto yang disepadukan dengan litar penguatan dan penyelarasan isyarat pada cip tunggal (cth., gabungan diod foto-penguat bersepadu).
Prestasi Dipertingkatkan:Pembangunan berterusan bertujuan untuk arus gelap yang lebih rendah, kelajuan lebih tinggi (tindak balas sub-nanosaat), dan sensitiviti diperbaiki merentasi julat spektrum yang lebih luas.
Pembungkusan Maju:Pembangunan pembungkusan skala cip peringkat wafer (WLCSP) untuk jejak yang lebih kecil dan prestasi frekuensi tinggi yang lebih baik, serta pakej dengan kanta bersepadu untuk pengumpulan cahaya yang lebih baik.
Bahan Baharu:Penerokaan bahan seperti InGaAs untuk pengesanan julat inframerah lanjutan melebihi had silikon (~1100 nm). Walau bagaimanapun, diod foto PIN silikon seperti PD638B kekal sebagai penyelesaian dominan, kos efektif untuk spektrum IR dekat kerana teknologi fabrikasi silikon yang matang dan nisbah prestasi-kos yang cemerlang.

14. Penafian dan Nota Penggunaan

Penafian kritikal dan nota penggunaan disediakan, yang mesti dipatuhi:
1. Pengilang berhak menyesuaikan spesifikasi bahan produk.
2. Produk memenuhi spesifikasi yang diterbitkan selama 12 bulan dari tarikh penghantaran.
3. Graf dan nilai tipikal adalah untuk rujukan sahaja dan tidak mewakili had minimum atau maksimum yang dijamin.
4. Pengguna bertanggungjawab untuk mengendalikan peranti dalam Penarafan Maksimum Mutlak. Pengilang tidak bertanggungjawab untuk kerosakan akibat operasi di luar penarafan ini atau penyalahgunaan.
5. Kandungan lembaran data mempunyai hak cipta; reproduksi memerlukan persetujuan terlebih dahulu.
6. Produk initidakbertujuan untuk digunakan dalam aplikasi kritikal keselamatan, ketenteraan, aeroangkasa, automotif, perubatan, sokongan hayat, atau penyelamatan nyawa. Untuk aplikasi sedemikian, hubungi pengilang untuk komponen yang layak.