Spesifikasi Teknikal PD15-21B/TR8 - Fotodiod Silikon PIN Pakej 1206 (1.6x0.8x0.55mm) - Julat Spektrum 730-1100nm - Puncak 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

PD15-21B/TR8 ialah fotodiod Silikon PIN berprestasi tinggi yang dibungkus dalam pakej peranti permukaan-pasang (SMD) miniatur. Komponen ini direka khas untuk aplikasi penderiaan dalam spektrum inframerah, menawarkan penyelesaian padat dan boleh dipercayai untuk reka bentuk elektronik moden yang memerlukan pengesanan optik.

1.1 Kelebihan Teras dan Penentududukan Produk

Peranti ini direka untuk memberikan beberapa faedah utama yang penting untuk penderiaan tepat. Ia mempunyaimasa respons yang pantas, membolehkannya mengesan perubahan pantas dalam keamatan cahaya, yang amat kritikal untuk aplikasi seperti pengiraan, pengisihan, dan penderiaan kedudukan.fotosensitiviti tinggimemastikan pengesanan isyarat yang boleh dipercayai walaupun dalam keadaan pencahayaan rendah. Tambahan pula,kapasitan simpang yang kecilmenyumbang kepada prestasi kelajuannya yang tinggi. Produk ini dibekalkan dalam pita 8mm piawai industri pada gegelung berdiameter 7 inci, memudahkan proses pemasangan automatik. Ia mematuhi sepenuhnya peraturan alam sekitar, iaitu bebas plumbum, mematuhi RoHS, mematuhi EU REACH, dan bebas halogen (dengan Bromin <900 ppm, Klorin <900 ppm, dan jumlahnya <1500 ppm).

1.2 Pasaran Sasaran dan Aplikasi

Pasaran sasaran utama termasuk automasi perindustrian, elektronik pengguna, dan sistem keselamatan. Saiz miniatur dan format SMDnya menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang mempunyai ruang terhad. Kes penggunaan tipikal termasuk:

• Suis Optik Miniatur:Digunakan dalam pengesanan objek, pengesanan kertas dalam pencetak, dan sensor slot.
• Pembilang dan Pengisih:Digunakan dalam barisan pemasangan untuk pengiraan bahagian dan pengisihan berdasarkan pengesanan kehadiran/ketiadaan.
• Penderia Kedudukan:Digunakan untuk pengesanan tepi, suis had, dan sistem pengekod putaran.
• Sistem Gunaan Inframerah:Bahagian penting sistem yang menggunakan pemancar inframerah untuk penghantaran data, penderiaan jarak dekat, dan penderiaan cahaya ambien.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Pemahaman menyeluruh tentang spesifikasi peranti adalah penting untuk reka bentuk litar dan integrasi sistem yang betul.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Pengendalian peranti secara berterusan pada atau berhampiran had ini tidak disyorkan.

• Voltan Songsang (V_R):32 V. Ini ialah voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam pincang songsang merentasi terminal fotodiod.
• Suhu Operasi (T_opr):-25°C hingga +85°C. Julat suhu ambien untuk operasi yang boleh dipercayai.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +85°C. Julat suhu untuk penyimpanan bukan operasi.
• Suhu Paterian (T_sol):260°C untuk maksimum 5 saat. Ini menentukan suhu profil refluks puncak.
• Pelesapan Kuasa (P_d):150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Ini menghadkan jumlah kuasa elektrik yang boleh ditangani oleh peranti dengan selamat.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Parameter ini, diukur pada suhu piawai 25°C, menentukan prestasi penderiaan teras fotodiod.

• Lebar Jalur Spektrum (λ_0.5):730 nm hingga 1100 nm. Ini ialah julat panjang gelombang di mana responsiviti fotodiod adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Ia menunjukkan kepekaan terhadap cahaya inframerah dekat.
• Panjang Gelombang Sensitiviti Puncak (λ_P):940 nm (tipikal). Peranti ini sepadan secara spektrum dengan diod pemancar inframerah (IRED) biasa yang beroperasi pada panjang gelombang ini, memaksimumkan kecekapan sistem.
• Arus Litar Pintas (I_SC):0.8 μA (tipikal) di bawah sinaran (E_e) 1 mW/cm² pada 940 nm. Ini ialah fotocurrent yang dijana apabila fotodiod beroperasi dalam mod fotovolta (pincang sifar).
• Arus Cahaya Songsang (I_L):0.2 μA (min) hingga 0.8 μA (tipikal) di bawah sinaran 1 mW/cm² pada 940 nm dengan voltan pincang songsang (V_R) 5V. Parameter ini relevan untuk operasi mod fotokonduktif, di mana pincang songsang luaran dikenakan untuk meningkatkan kelajuan dan lineariti.
• Arus Gelap (I_D):10 nA (maks) dengan V_R=10V dalam kegelapan sepenuhnya (E_e=0). Ini ialah arus bocor kecil yang mengalir walaupun tiada cahaya. Arus gelap yang rendah adalah penting untuk nisbah isyarat-ke-hingar yang baik, terutamanya dalam aplikasi cahaya rendah.
• Voltan Pecahan Songsang (BV_R):32 V (min), 170 V (tipikal) diukur pada arus songsang 100 μA. Ini menunjukkan voltan pecahan yang sangat tinggi, memberikan margin operasi yang luas di bawah penarafan maksimum mutlak 32V.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi ini menyediakan beberapa lengkung ciri yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi.

3.1 Penurunan Kuasa

Rajah 1: Pelesapan Kuasa vs. Suhu Ambienmenunjukkan bagaimana pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C. Pereka bentuk mesti menurunkan kuasa dengan sewajarnya untuk mengelakkan tekanan haba berlebihan.

3.2 Respons Spektrum

Rajah 2: Sensitiviti Spektrummenggambarkan secara grafik responsiviti relatif fotodiod merentasi spektrum cahaya, mengesahkan puncaknya pada 940 nm dan lebar jalur 730-1100 nm yang ditakrifkan.

3.3 Kebergantungan Suhu

Rajah 3: Arus Gelap vs. Suhu Ambienmenggambarkan bahawa arus gelap kira-kira berganda bagi setiap kenaikan suhu 10°C. Ini ialah tingkah laku semikonduktor asas dan mesti dipertimbangkan dalam aplikasi suhu tinggi atau ketepatan.Rajah 4: Arus Cahaya Songsang vs. Sinaran (E_e)menunjukkan hubungan linear antara kuasa cahaya tuju dan fotocurrent yang dijana, satu ciri utama fotodiod PIN.

3.4 Respons Sudut

Rajah 5: Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudutmenunjukkan sensitiviti arah peranti. Pakej epoksi hitam dengan kanta sfera memberikan sudut pandangan tertentu, yang mempengaruhi cara fotodiod harus diselaraskan dengan sumber cahaya dalam reka bentuk sistem.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

Peranti ini mematuhi tapak kaki SMD 1206 (3216 metrik) piawai: panjang kira-kira 1.6mm, lebar 0.8mm, dan tinggi 0.55mm (tidak termasuk kubah kanta). Lukisan dimensi terperinci dengan toleransi ±0.1mm disediakan untuk reka bentuk corak tanah PCB. Susun atur pad yang dicadangkan diberikan sebagai rujukan, tetapi pereka dinasihatkan untuk mengubahsuainya berdasarkan proses pembuatan PCB khusus dan keperluan terma mereka.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Fotodiod ini dicetak dalam epoksi hitam. Terminal katod biasanya ditanda atau dikenal pasti dalam lukisan garis besar pakej. Sambungan polarity yang betul adalah penting untuk operasi yang betul dalam mod pincang songsang (fotokonduktif).

5. Garis Panduan Paterian dan Pemasangan

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

5.1 Penyimpanan dan Sensitiviti Kelembapan

Peranti ini sensitif kepada kelembapan. Beg penghalang kelembapan tidak boleh dibuka sehingga sedia untuk digunakan. Selepas dibuka, "jangkahayat lantai" ialah 168 jam (7 hari) apabila disimpan pada 10-30°C dan ≤60% RH. Peranti yang tidak digunakan mesti dibungkus semula dengan bahan pengering. Jika jangkahayat lantai terlampaui atau bahan pengering menunjukkan penyerapan kelembapan, pembakaran pada 60°C ±5°C dan <5% RH selama 96 jam diperlukan sebelum digunakan.

5.2 Paterian Refluks

Profil suhu pateri bebas plumbum disyorkan, dengan suhu puncak 260°C untuk maksimum 5 saat. Paterian refluks tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali. Tekanan pada badan komponen semasa pemanasan dan lengkungan PCB selepas paterian mesti dielakkan.

5.3 Paterian Tangan dan Kerja Semula

Jika paterian tangan diperlukan, gunakan besi pateri dengan suhu hujung di bawah 350°C dan kapasiti 25W atau kurang. Masa sentuhan setiap terminal hendaklah di bawah 3 saat, dengan selang lebih daripada 2 saat antara paterian setiap terminal. Kerja semula sangat tidak digalakkan. Jika tidak dapat dielakkan, besi pateri berkepala dua khusus mesti digunakan untuk memanaskan kedua-dua terminal secara serentak, dan kesan pada ciri peranti mesti disahkan terlebih dahulu.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Produk ini dibekalkan dalam pita pembawa timbul lebar 8mm pada gegelung berdiameter 7 inci (178mm). Setiap gegelung mengandungi 2000 keping. Dimensi pita pembawa dan gegelung terperinci disediakan untuk memastikan keserasian dengan peralatan pick-and-place automatik.

6.2 Spesifikasi Label

Label gegelung termasuk maklumat piawai seperti Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Bahagian Pengilang (P/N), Nombor Lot, Kuantiti, Panjang Gelombang Puncak (HUE), Pangkat (CAT), Rujukan (REF), Tahap Sensitiviti Kelembapan (MSL-X), dan Negara Pembuatan.

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Perlindungan Litar

Nota Kritikal:Spesifikasi ini memberi amaran dengan jelas bahawa perintang had arus luaranmestidigunakan secara bersiri dengan fotodiod. Tanpa perintang ini, anjakan voltan sedikit boleh menyebabkan perubahan arus yang besar, berpotensi membawa kepada pembakaran serta-merta peranti. Nilai perintang mesti dikira berdasarkan voltan bekalan dan fotocurrent maksimum yang dijangkakan.

7.2 Mod Pincangan

Fotodiod boleh digunakan dalam dua mod utama:

1. Mod Fotovolta (Pincang-Sifar):Fotodiod menjana voltan/arus apabila disinari, tanpa pincang luaran dikenakan. Mod ini menawarkan arus gelap dan hingar yang sangat rendah tetapi mempunyai masa respons yang lebih perlahan.
2. Mod Fotokonduktif (Pincang-Songsang):Voltan songsang luaran dikenakan (contohnya, 5V seperti dalam keadaan ujian). Ini meluaskan kawasan penyahcas, mengurangkan kapasitan simpang dan seterusnya meningkatkan kelajuan dan lebar jalur. Ia juga meningkatkan lineariti tetapi meningkatkan arus gelap.

Pilihan bergantung pada keperluan aplikasi untuk kelajuan berbanding prestasi hingar.

7.3 Antara Muka dengan Penguat

Untuk menguatkan fotocurrent kecil (julat μA), litar penguat transimpedans (TIA) biasa digunakan. Litar ini menukar arus fotodiod kepada voltan keluaran berkadar. Pertimbangan reka bentuk utama untuk TIA termasuk memilih penguat operasi dengan arus pincang input rendah dan hingar rendah, dan mengira perintang dan kapasitor suap balik untuk gandaan dan lebar jalur yang dikehendaki sambil mengekalkan kestabilan.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fototransistor, fotodiod Silikon PIN ini menawarkan kelajuan dan lineariti yang lebih baik disebabkan oleh kawasan intrinsiknya, yang mengurangkan kapasitan. Responsnya bergantung sepenuhnya pada cahaya tuju, tidak seperti fototransistor yang mempunyai gandaan arus dan boleh menjadi lebih perlahan dan kurang linear. Berbanding dengan fotodiod lain, pakej 1206nya menawarkan keseimbangan yang baik antara miniaturisasi dan kemudahan pengendalian/pemasangan, manakala voltan pecahan tingginya dan padanan spektrum khusus kepada IRED 940nm adalah kelebihan tersendiri untuk aplikasi penderiaan inframerah sasaran.

9. Soalan Lazim (FAQ)

9.1 Apakah perbezaan antara I_SCdan I_L?

I_SC(Arus Litar Pintas) diukur dengan voltan sifar merentasi diod (mod fotovolta). I_L(Arus Cahaya Songsang) diukur dengan voltan pincang songsang yang dikenakan (mod fotokonduktif). I_Lbiasanya sangat hampir dengan I_SCuntuk fotodiod PIN.

9.2 Mengapa perintang siri adalah wajib?

Fotodiod, apabila disinari, bertindak sebagai sumber arus. Jika disambung terus ke sumber voltan tanpa perintang siri, tiada mekanisme untuk menghadkan arus, membawa kepada pelesapan kuasa berlebihan dan kegagalan serta-merta.

9.3 Bagaimana saya memilih voltan songsang operasi?

Untuk mod fotokonduktif, voltan songsang antara 5V dan nilai selamat di bawah penarafan maksimum 32V boleh digunakan. Pincang songsang yang lebih tinggi mengurangkan kapasitan lagi (meningkatkan kelajuan) tetapi juga meningkatkan arus gelap sedikit. Titik operasi biasa ialah 5V atau 12V.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Kes: Pengiraan Objek di Atas Tali Sawat

LED inframerah (940nm) diletakkan di satu sisi tali sawat, dan fotodiod PD15-21B/TR8 diletakkan bertentangan secara langsung. Objek yang melalui antara mereka mengganggu pancaran inframerah. Fotodiod beroperasi dalam mod fotokonduktif dengan pincang songsang 5V dibekalkan melalui perintang siri 10kΩ untuk perlindungan. Susutan voltan merentasi perintang beban (atau keluaran penguat transimpedans yang disambungkan ke fotodiod) dipantau oleh pengawal mikro. Penurunan mendadak dalam voltan ini menunjukkan kehadiran objek, mencetuskan kiraan. Masa respons pantas fotodiod membolehkan pengiraan tepat objek yang bergerak pada kelajuan tinggi. Pakej 1206 kecil memudahkan integrasi ke dalam kepala sensor padat.

11. Prinsip Operasi

Fotodiod PIN ialah peranti semikonduktor dengan kawasan intrinsik (I) yang luas dan didop ringan yang diapit di 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 terbina dalam (atau pincang songsang luaran yang dikenakan), pembawa cas ini dipisahkan, menjana fotocurrent yang berkadar dengan keamatan cahaya tuju. Kawasan intrinsik mengurangkan kapasitan simpang, membolehkan masa respons yang lebih pantas berbanding dengan fotodiod PN piawai.

12. Trend Industri

Trend dalam optoelektronik terus ke arah miniaturisasi lanjut, integrasi lebih tinggi, dan prestasi yang lebih baik. Terdapat permintaan yang semakin meningkat untuk sensor dalam elektronik pengguna (telefon pintar, boleh pakai), automotif (LiDAR, pemantauan pemandu), dan IoT perindustrian. Fotodiod seperti PD15-21B/TR8, yang menawarkan keseimbangan prestasi, saiz, dan kos, berada dalam kedudukan yang baik untuk pasaran ini. Pembangunan masa depan mungkin termasuk fotodiod bersepadu dengan penguatan atas cip dan antara muka digital, serta peranti sensitif kepada panjang gelombang tertentu untuk aplikasi analisis spektrum.

Penafian: Maklumat yang diberikan dalam dokumen ini adalah untuk rujukan teknikal. Pereka bentuk harus mengesahkan semua parameter dan memastikan aplikasi mereka beroperasi dalam penarafan maksimum mutlak yang ditentukan. Prestasi boleh berbeza dengan keadaan operasi.