Техническая документация на фотодиод PD204-6B - Диаметр 3 мм - Обратное напряжение 32 В - Пиковая чувствительность 940 нм

1. Обзор продукта

PD204-6B — это высокопроизводительный кремниевый PIN-фотодиод, предназначенный для применений, требующих быстрого отклика и высокой чувствительности к свету в видимом и ближнем инфракрасном спектре. Устройство выполнено в стандартном черном пластиковом корпусе диаметром 3 мм и обеспечивает надежные возможности оптического детектирования. Его спектральная характеристика специально согласована для работы с видимыми и инфракрасными светодиодами (IRED), что делает его идеальным приемным компонентом в оптоэлектронных системах. Устройство изготовлено из бессвинцовых материалов и соответствует соответствующим экологическим нормам, что гарантирует пригодность для современного электронного производства.

2. Ключевые особенности и основные преимущества

PD204-6B выделяется несколькими критически важными характеристиками производительности, отвечающими требованиям сложных задач детектирования.

• Быстрое время отклика:Устройство демонстрирует типичное время нарастания/спада 6 наносекунд (при указанных условиях испытаний VR=10В, RL=100Ω), что позволяет ему детектировать быстрые изменения интенсивности света. Это крайне важно для применений, связанных с передачей данных, обнаружением объектов и измерениями, критичными ко времени.
• Высокая световая чувствительность:При типичном токе короткого замыкания (I_SC) 3.0 мкА при облучённости 1 мВт/см² на длине волны 940 нм, фотодиод обеспечивает сильный электрический сигнал даже при низких уровнях освещенности, улучшая соотношение сигнал/шум и надежность системы.
• Малая емкость перехода:Низкая типичная общая емкость (C_t) 5 пФ при VR=5В и частоте 1 МГц способствует быстрому времени отклика и позволяет работать в схемах с более высокой полосой пропускания без значительной деградации сигнала.
• Надежная конструкция:Устройство оснащено черной линзой, которая помогает минимизировать влияние нежелательного фонового света, и упаковано в прочный, стандартный для отрасли корпус диаметром 3 мм.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт является бессвинцовым и разработан в соответствии с директивами RoHS и EU REACH, что отвечает глобальным экологическим и стандартам безопасности.

3. Подробный анализ технических параметров

Понимание электрических и оптических характеристик необходимо для правильного проектирования и интеграции схемы.

3.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа всегда должна поддерживаться в этих границах.

• Обратное напряжение (V_R):32 В. Это максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном смещении к выводам фотодиода.
• Рассеиваемая мощность (P_C):150 мВт при температуре свободного воздуха 25°C или ниже. Этот параметр снижается с ростом температуры окружающей среды, как показано на кривой снижения мощности.
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +85°C. Устройство рассчитано на корректную работу в этом широком промышленном температурном диапазоне.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +100°C.
• Температура пайки (T_sol):260°C. Этот параметр определяет параметры процесса пайки оплавлением.

3.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Эти параметры определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях. Типичные значения представляют центр распределения, в то время как минимальные и максимальные значения определяют гарантированные пределы.

• Спектральная характеристика:Фотодиод чувствителен в диапазоне приблизительно от 840 нм до 1100 нм (по точкам 0.5 относительной чувствительности), с пиком чувствительности (λ_P) на 940 нм. Это делает его идеально подходящим для работы в паре с инфракрасными светодиодами на 940 нм.
• Генерация фототока:
  • Ток короткого замыкания (I_SC):Тип. 3.0 мкА при E_e=1мВт/см², λ_p=940нм. Это ток, генерируемый при нулевом напряжении на диоде (фотовольтаический режим).
  • Обратный световой ток (I_L):Мин. 1.0 мкА, тип. 3.0 мкА при E_e=1мВт/см², λ_p=940нм, V_R=5В. Это ток при обратном смещении диода, который является наиболее распространенным режимом работы для достижения скорости и линейности.
• Темновой ток (I_D):Макс. 10 нА при V_R=10В, E_e=0мВт/см². Это небольшой ток утечки, протекающий при отсутствии света. Низкий темновой ток критически важен для обнаружения слабых световых сигналов.
• Напряжение холостого хода (V_OC):Тип. 0.42 В при E_e=1мВт/см², λ_p=940нм. Это напряжение, генерируемое на разомкнутой цепи при освещении.
• Емкость (C_t):Тип. 5 пФ при V_R=5В, f=1МГц. Эта емкость перехода влияет на постоянную времени RC и, следовательно, на полосу пропускания схемы детектирования.
• Скорость отклика (t_r/t_f):Тип. 6 нс при V_R=10В, R_L=100Ω. Определяет, насколько быстро выходной ток может следовать за изменением входного света.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают представление о том, как параметры изменяются в зависимости от рабочих условий.

4.1 Рассеиваемая мощность в зависимости от температуры окружающей среды

Кривая снижения мощности показывает, что максимально допустимая рассеиваемая мощность линейно уменьшается по мере роста температуры окружающей среды выше 25°C. Конструкторы должны убедиться, что рабочая точка (обратное напряжение * фототок + темновой ток) не превышает эту кривую, чтобы предотвратить тепловую перегрузку.

4.2 Спектральная чувствительность

Кривая спектральной чувствительности иллюстрирует относительную чувствительность фотодиода в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик на 940 нм и полезную полосу пропускания приблизительно от 840 нм до 1100 нм. Материал черной линзы формирует эту характеристику, фильтруя некоторые более короткие волны.

5. Механическая информация и данные о корпусе

PD204-6B использует стандартный корпус с радиальными выводами диаметром 3 мм.

5.1 Габаритные размеры корпуса

Чертеж размеров предоставляет критически важные измерения для проектирования посадочного места на печатной плате и механической интеграции. Ключевые размеры включают общий диаметр (3 мм), расстояние между выводами, диаметр вывода и высоту компонента. Все неуказанные допуски составляют ±0.25 мм. Катод обычно идентифицируется более длинным выводом или плоской гранью на ободке корпуса.

5.2 Определение полярности

Правильная полярность крайне важна. Устройство является диодом. Анодом обычно является более короткий вывод или вывод, расположенный рядом с плоской стороной корпуса. Приложение обратного смещения (положительное напряжение на катод, отрицательное на анод) является стандартным рабочим условием для фотопроводящего режима.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

• Пайка оплавлением:Максимальная температура пайки указана как 260°C. Применимы стандартные профили оплавления для бессвинцовых сборок (инфракрасные или конвекционные). Время выше температуры ликвидуса должно контролироваться в соответствии с отраслевыми стандартами, чтобы предотвратить повреждение корпуса.
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с регулировкой температуры. Ограничьте время контакта менее 3 секунд на вывод при температуре, не превышающей 350°C, чтобы избежать термического напряжения на пластиковом корпусе и внутреннем кристалле полупроводника.
• Очистка:Используйте чистящие средства, совместимые с материалом черной эпоксидной смолы. Избегайте ультразвуковой очистки, если не подтверждена ее безопасность для компонента.
• Условия хранения:Храните в сухой, инертной среде в указанном температурном диапазоне от -40°C до +100°C. Используйте в течение 12 месяцев с даты отгрузки для гарантированного соответствия опубликованным спецификациям.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификация упаковки

Продукт упакован в антистатические пакеты. Стандартное количество в пакете — от 200 до 1000 штук. Четыре пакета упаковываются в одну внутреннюю коробку, и одна внутренняя коробка отгружается в одной внешней коробке.

7.2 Информация на этикетке

Этикетка на пакете содержит важную информацию для прослеживаемости и идентификации продукта, включая номер детали (P/N), количество (QTY), номер партии (LOT No.) и дату изготовления. Продукт не сортируется и не ранжируется по специфическим параметрам, таким как сила света или длина волны; он поставляется в соответствии со стандартной таблицей электрооптических характеристик.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

PD204-6B обычно используется в двух основных конфигурациях схем:

1. Фотопроводящий режим (с обратным смещением):Это предпочтительный режим для высокоскоростной и линейной работы. Прикладывается напряжение обратного смещения (например, от 5В до 10В, оставаясь ниже V_R=32В). Фототок (I_L) протекает через нагрузочный резистор (R_L). Падение напряжения на R_Lявляется выходным сигналом. Меньшее значение R_Lдает более быстрый отклик, но более низкое выходное напряжение. Трансимпедансный усилитель (TIA) часто используется для преобразования фототока в напряжение с высоким коэффициентом усиления и полосой пропускания.
2. Фотовольтаический режим (с нулевым смещением):Фотодиод подключен непосредственно к высокоимпедансной нагрузке (например, входу операционного усилителя). Он генерирует напряжение (V_OC), пропорциональное интенсивности света. Этот режим обеспечивает низкий уровень шума, но имеет более медленный отклик и менее линейную характеристику.

8.2 Особенности проектирования

• Смещение:Для достижения наилучшей скорости и линейности работайте в режиме обратного смещения. Убедитесь, что напряжение смещения плюс любое сигнальное напряжение не превышает максимальное значение 32В.
• Полоса пропускания и нагрузка:Общая емкость (фотодиод + вход усилителя) и сопротивление нагрузки образуют доминирующий полюс, ограничивающий полосу пропускания (BW ≈ 1/(2πRC)). Выбирайте R_Lили резистор обратной связи TIA соответствующим образом.
• Подавление фонового света:Черная линза помогает, но для сред с высоким уровнем фонового света рассмотрите использование оптических фильтров (например, полосового фильтра на 940 нм) и модуляцию ИК-источника с синхронным детектированием.
• Разводка печатной платы:Располагайте фотодиод как можно ближе ко входу усилителя, чтобы минимизировать паразитную емкость и наводки. Используйте земляную полигон для экранирования. Шунтируйте источник смещения конденсатором, расположенным рядом с устройством.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с фототранзисторами, PIN-фотодиод PD204-6B предлагает значительно более быстрое время отклика (наносекунды против микросекунд) и лучшую линейность в широком диапазоне интенсивности света. Он не имеет внутреннего усиления, что приводит к более низкому выходному току, но также к меньшей зависимости от температуры и более предсказуемой производительности. По сравнению с другими фотодиодами, его комбинация корпуса 3 мм, пиковой чувствительности 940 нм, обратного напряжения 32 В и высокой скорости делает его универсальным выбором для общего инфракрасного детектирования.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем разница между I_SCи I_L?

? О: I_SC(Ток короткого замыкания) измеряется при нулевом напряжении на диоде. I_L(Обратный световой ток) измеряется при приложении указанного напряжения обратного смещения. I_Lобычно очень близок к I_SCи является параметром, используемым для проектирования в распространенном режиме обратного смещения.

В: Как преобразовать фототок в полезное напряжение?

О: Самый простой метод — использование нагрузочного резистора (V_out= I_L* R_L). Для лучшей производительности используйте трансимпедансный усилитель, который обеспечивает низкоимпедансную виртуальную землю на катоде фотодиода, максимизируя скорость и линейность, и дает V_out= -I_L* R_feedback.

).

В: Могу ли я использовать его с источником видимого света?

О: Да, но с пониженной чувствительностью. Кривая спектральной чувствительности показывает, что он чувствителен вплоть до видимых длин волн, но его пик находится в инфракрасной области. Для оптимальной работы с видимым источником более подходящим был бы фотодиод с пиком в видимом спектре (например, 550-650 нм)._BRВ: Какова цель теста напряжения обратного пробоя (V

)? О: Это тест на качество и надежность, указывающий напряжение, при котором диод входит в режим лавинного пробоя. Нормальная работа всегда должна быть значительно ниже этого значения (обычно используется V_Rот 5В до 10В).

11. Практические примеры применения

Пример 1: Датчик приближения объекта в автоматической двери.ИК-светодиод (940 нм) и PD204-6B размещены по разные стороны дверного проема. Когда луч не прерывается, детектируется стабильный фототок. Когда человек прерывает луч, падение фототока запускает механизм открытия двери. Быстрый отклик PD204-6B обеспечивает мгновенное обнаружение.

Пример 2: Обнаружение бумаги в копировальном аппарате.Фотодиод может использоваться для обнаружения наличия или отсутствия бумаги путем отражения ИК-луча от поверхности бумаги. Высокая чувствительность позволяет ему работать с бумагой низкой отражательной способности, а малый корпус помещается в ограниченные пространства.

Пример 3: Простой канал передачи данных.Путем модуляции ИК-светодиода на частоте в пределах полосы пропускания фотодиода (которая может составлять несколько МГц при правильном проектировании схемы), PD204-6B может использоваться для короткодистанционной беспроводной связи с низкой скоростью передачи данных, например, в пультах дистанционного управления или телеметрии датчиков.

12. Принцип работы

PIN-фотодиод — это полупроводниковое устройство с широкой, слаболегированной собственной (I) областью, зажатой между областями P-типа и N-типа. Когда фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, поглощаются в собственной области, они создают электрон-дырочные пары. Под влиянием внутреннего встроенного потенциала (в фотовольтаическом режиме) или приложенного электрического поля обратного смещения (в фотопроводящем режиме) эти носители заряда разделяются, генерируя фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. Широкая собственная область уменьшает емкость перехода (обеспечивая высокую скорость) и увеличивает объем для поглощения фотонов (улучшая чувствительность).

13. Тенденции и контекст отрасли

Фотодиоды, такие как PD204-6B, являются фундаментальными компонентами в растущей области оптоэлектроники и сенсорики. Тенденции включают растущую интеграцию с усилением и обработкой сигнала на кристалле (например, в интегрированных оптических датчиках), требования к более высокой скорости для поддержки LiDAR и оптических коммуникаций, а также требования к уменьшению размеров корпусов для потребительской электроники и устройств Интернета вещей. Также наблюдается постоянное стремление к улучшению производительности в более широких температурных диапазонах и снижению энергопотребления. Устройства со стандартными посадочными местами и хорошо охарактеризованной производительностью, такие как данное, остаются необходимыми для огромного множества промышленных, коммерческих и автомобильных применений в сенсорике, где надежность и экономическая эффективность имеют первостепенное значение.

Отказ от ответственности: Информация, предоставленная в этом документе, предназначена для технического ознакомления. Конструкторы должны проверять все параметры в условиях их конкретного применения. Абсолютные максимальные параметры не должны превышаться. Производитель не несет ответственности за применения, не соответствующие предоставленным спецификациям.