Техническая документация на фотодиод PD333-3B/L2 - Диаметр 5мм - Обратное напряжение 32В - Рассеиваемая мощность 150мВт

1. Обзор продукта

PD333-3B/L2 — это высокоскоростной, высокочувствительный кремниевый PIN-фотодиод в стандартном пластиковом корпусе диаметром 5 мм. Его основная функция — преобразование света, особенно в инфракрасном спектре, в электрический ток. Устройство оснащено черной эпоксидной линзой, которая повышает его чувствительность к инфракрасному излучению и обеспечивает некоторую фильтрацию фонового света. Этот компонент предназначен для применений, требующих быстрого времени отклика и надежной работы в различных условиях окружающей среды.

Ключевые преимущества:Основные сильные стороны этого фотодиода включают быстрое время отклика, высокую фоточувствительность и малую емкость перехода. Эти характеристики делают его подходящим для обнаружения быстрых изменений интенсивности света. Устройство также соответствует директивам RoHS и REACH ЕС, что указывает на использование бессвинцовых материалов и соблюдение стандартов экологической безопасности.

Целевой рынок:Этот фотодиод ориентирован на электронную промышленность, в частности, для использования в системах безопасности, высокоскоростных оптических линиях связи, системах экспонометрии камер и других оптоэлектронных приложениях, где требуется точное и быстрое обнаружение света.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Эти характеристики определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Обратное напряжение (VR):32 В. Это максимальное обратное напряжение смещения, которое может быть приложено к выводам фотодиода.
• Рабочая температура (Topr):от -25°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды для нормальной работы устройства.
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +100°C. Диапазон температур для хранения устройства в нерабочем состоянии.
• Температура пайки (Tsol):260°C. Пиковая температура, которую устройство может выдержать в процессе пайки, обычно в течение короткого времени (например, 10 секунд).
• Рассеиваемая мощность (Pc):150 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже. Максимальная мощность, которую устройство может безопасно рассеивать.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при Ta=25°C и определяют производительность устройства в заданных условиях испытаний.

• Спектральная полоса пропускания (λ0.5):от 840 нм до 1100 нм. Это диапазон длин волн, в котором чувствительность фотодиода составляет не менее половины от пикового значения. Это указывает на чувствительность в основном в ближней инфракрасной области.
• Длина волны пиковой чувствительности (λP):940 нм (типовое значение). Длина волны света, на которой фотодиод наиболее чувствителен.
• Напряжение холостого хода (VOC):0,39 В (типовое значение). Напряжение, возникающее на выводах фотодиода при освещении (Ee=1мВт/см² при λp=940нм), когда внешняя нагрузка не подключена (режим холостого хода).
• Ток короткого замыкания (ISC):35 мкА (типовое значение). Ток, протекающий через фотодиод при том же освещении, когда выводы замкнуты накоротко.
• Обратный световой ток (IL):35 мкА (типовое, мин. 25 мкА). Ток, протекающий при обратном смещении фотодиода (VR=5В) и его освещении. Это ключевой параметр для схем фотодетектирования.
• Обратный темновой ток (ID):5 нА (типовое, макс. 30 нА). Небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении (VR=10В) в полной темноте. Более низкие значения, как правило, улучшают отношение сигнал/шум.
• Напряжение обратного пробоя (VBR):Мин. 32 В, тип. 170 В. Обратное напряжение, при котором диод начинает сильно проводить ток (пробой). Минимальное значение соответствует предельному эксплуатационному параметру.
• Полная емкость (Ct):18 пФ (типовое значение). Емкость перехода при VR=5В и f=1МГц. Меньшая емкость способствует более быстрому времени отклика.
• Время нарастания / время спада (tr / tf):45 нс (типовое значение). Время, необходимое выходному сигналу для нарастания от 10% до 90% (или спада от 90% до 10%) от своего конечного значения в ответ на ступенчатое изменение интенсивности света, измеренное при VR=10В и RL=100Ом.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих, как ключевые параметры изменяются в зависимости от условий эксплуатации. Они необходимы для проектирования схем.

3.1 Рассеиваемая мощность в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает, как максимально допустимая рассеиваемая мощность уменьшается с ростом температуры окружающей среды выше 25°C. Конструкторы должны снижать мощность в высокотемпературных средах, чтобы предотвратить тепловое повреждение.

3.2 Спектральная чувствительность

На этом графике показана нормированная чувствительность фотодиода в зависимости от длины волны. Он наглядно подтверждает пиковую чувствительность на 940 нм и спектральную полосу пропускания примерно от 840 нм до 1100 нм, подчеркивая его пригодность для инфракрасных применений.

3.3 Обратный темновой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Темновой ток экспоненциально возрастает с температурой. Эта кривая критически важна для применений, работающих при повышенных температурах, так как увеличение темнового тока повышает уровень шума системы детектирования.

3.4 Обратный световой ток в зависимости от облученности (Ee)

Этот график демонстрирует линейную зависимость между генерируемым фототоком (IL) и плотностью мощности падающего света (облученностью) в заданном диапазоне. Он подтверждает линейную фотореакцию устройства, что жизненно важно для точного измерения света.

3.5 Емкость выводов в зависимости от обратного напряжения

Емкость перехода (Ct) уменьшается с увеличением обратного напряжения смещения (VR). Эта кривая позволяет разработчикам выбрать рабочее напряжение смещения, которое оптимизирует компромисс между скоростью отклика (меньшая емкость при более высоком VR) и потребляемой мощностью/шумом.

3.6 Время отклика в зависимости от сопротивления нагрузки

На этом графике показано, как время нарастания/спада (tr/tf) изменяется в зависимости от сопротивления нагрузки (RL) в схеме детектирования. Более быстрое время отклика достигается с меньшими нагрузочными резисторами, но это также уменьшает размах выходного напряжения. Кривая помогает выбрать RL для желаемой полосы пропускания.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство выполнено в радиальном пластиковом корпусе диаметром 5 мм с выводами. Чертеж размеров определяет диаметр корпуса, расстояние между выводами, диаметр выводов и общие габариты. Примечание указывает стандартные допуски ±0,25 мм, если на чертеже не указано иное. Катод обычно идентифицируется более длинным выводом или плоской меткой на ободке корпуса.

4.2 Определение полярности

Анод подключен к более короткому выводу, а катод — к более длинному. На корпусе также может быть плоская сторона рядом с выводом катода. Правильную полярность необходимо соблюдать при сборке схемы.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Предельная эксплуатационная характеристика для температуры пайки составляет 260°C. Это совместимо со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020). Устройство не должно подвергаться этой температуре в течение длительного времени; типичная продолжительность пиковой температуры оплавления составляет 20-40 секунд. Ручная пайка паяльником с регулируемой температурой также допустима при условии, что предел в 260°C на выводе не превышен. Хранение должно осуществляться в сухой среде при температуре в пределах указанного диапазона Tstg от -40°C до +100°C для предотвращения поглощения влаги и других видов деградации.

6. Информация об упаковке и заказе

Стандартная спецификация упаковки: 200-500 штук в пакете, 5 пакетов в коробке и 10 коробок в картонной коробке. На этикетке упаковки указаны поля: Номер продукта заказчика (CPN), Номер продукта (P/N), Количество в упаковке (QTY) и Номер партии (LOT No). Другие поля, такие как CAT (ранг силы света), HUE (ранг доминирующей длины волны) и REF (ранг прямого напряжения), перечислены, но более типичны для светодиодов; для этого фотодиода они могут не использоваться активно для сортировки. Номер продукта PD333-3B/L2 соответствует внутренней системе обозначений производителя.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• Высокоскоростное фотодетектирование:Используется в оптических линиях передачи данных, сканерах штрих-кодов и лазерных дальномерах, где преимущество дает время отклика 45 нс.
• Системы безопасности:Интегрируется в пассивные инфракрасные (PIR) датчики движения, датчики прерывания луча и световые завесы.
• Системы камер:Используется для автоматического управления экспозицией, контроля вспышки и обнаружения инфракрасной фильтрации.
• Промышленные датчики:Обнаружение объектов, датчики кромки и измерение непрозрачности в автоматизированном оборудовании.

7.2 Особенности проектирования

• Цепь смещения:Для максимально быстрого отклика работайте с фотодиодом в режиме обратного смещения (фотопроводящий режим). Для преобразования фототока в напряжение обычно используется усилитель с трансформацией тока в напряжение (TIA).
• Подавление шума:Защитите устройство и схему от электрических помех. Используйте малошумящий операционный усилитель для TIA и рассмотрите возможность фильтрации для снижения влияния темнового тока, особенно при высоких температурах.
• Оптические аспекты:Черная эпоксидная смола пропускает инфракрасное излучение. Для фильтрации определенных длин волн может потребоваться дополнительный внешний оптический фильтр. Убедитесь, что оптическая апертура чиста и правильно выровнена.
• Выбор нагрузочного резистора:Выбирайте RL на основе требуемой полосы пропускания (см. кривую "Время отклика в зависимости от сопротивления нагрузки") и желаемого уровня выходного напряжения (Vout = IL * RL).

8. Техническое сравнение

По сравнению со стандартными фотодиодами или фототранзисторами, PD333-3B/L2 предлагает сбалансированное сочетание скорости и чувствительности. Его PIN-структура обеспечивает более широкую область обеднения, чем у стандартного PN-фотодиода, что приводит к меньшей емкости перехода (тип. 18 пФ) для более быстрого отклика и более высокой квантовой эффективности в инфракрасном спектре. Корпус 5 мм предлагает большую активную площадь, чем меньшие SMD-фотодиоды, собирая больше света для более высокого выходного сигнала, что может быть полезно в условиях слабого освещения или при обнаружении на больших расстояниях.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чем разница между током короткого замыкания (ISC) и обратным световым током (IL)?

О: ISC измеряется при нулевом напряжении смещения (выводы замкнуты), а IL измеряется при приложенном обратном смещении (например, 5В). Для PIN-фотодиода IL обычно очень близок к ISC и является параметром, используемым в большинстве схем детектирования со смещением.

В: Могу ли я использовать этот фотодиод для обнаружения видимого света?

О: Хотя он обладает некоторой чувствительностью в видимом красном спектре (около 700 нм), его пик находится на 940 нм (инфракрасный). Для оптимальной работы с видимым светом более подходящим был бы фотодиод с пиковой чувствительностью в видимом диапазоне (например, 550-650 нм).

В: Как преобразовать фототок (IL) в полезное напряжение?

О: Наиболее распространенный метод — использование усилителя с трансформацией тока в напряжение (TIA). Выходное напряжение равно Vout = -IL * Rf, где Rf — резистор обратной связи TIA. Эта конфигурация также поддерживает фотодиод в состоянии виртуального короткого замыкания, сводя к минимуму влияние емкости перехода.

В: Что означает обозначение "без свинца" и "соответствует RoHS"?

О: Это указывает на то, что продукт изготовлен без использования свинца (Pb) и соответствует директиве Европейского Союза об ограничении использования опасных веществ (RoHS), которая ограничивает использование определенных опасных материалов в электрическом и электронном оборудовании.

10. Практический пример использования

Проектирование инфракрасного датчика приближения:PD333-3B/L2 можно использовать в паре с инфракрасным светодиодом на 940 нм для создания простого датчика приближения или обнаружения объектов. Светодиод импульсно включается на определенной частоте. Фотодиод обнаруживает отраженный ИК-свет. Схема, в которой фотодиод работает в режиме обратного смещения, за которым следует TIA и полосовой фильтр, настроенный на частоту импульсов светодиода, может эффективно извлекать слабый отраженный сигнал из шума фонового света. Время отклика 45 нс позволяет использовать высокочастотную модуляцию, улучшая помехоустойчивость и обеспечивая более быстрые циклы обнаружения.

11. Принцип работы

PIN-фотодиод — это полупроводниковое устройство с собственной (I) областью, расположенной между областями P-типа и N-типа. Когда фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, попадают на устройство, они генерируют электрон-дырочные пары в собственной области. При обратном смещении электрическое поле в собственной области перемещает эти носители заряда к соответствующим выводам, создавая фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. Широкая собственная область уменьшает емкость перехода (обеспечивая более быстрый отклик) и увеличивает объем поглощения фотонов (повышая чувствительность), особенно для более длинных волн, таких как инфракрасные.

12. Тенденции отрасли

Спрос на фотодиоды продолжает расти в таких областях, как промышленная автоматизация, автомобильный LiDAR, потребительская электроника (например, датчики приближения в смартфонах) и биомедицинские датчики. Тенденции включают дальнейшую миниатюризацию до корпусов чип-масштаба (CSP), интеграцию со схемами усиления и обработки сигналов на кристалле, а также разработку фотодиодов для определенных диапазонов длин волн (например, для газового анализа). Также уделяется внимание улучшению таких показателей, как более низкий темновой ток, более высокая скорость и повышенная надежность в жестких условиях окружающей среды. PD333-3B/L2 представляет собой зрелый, надежный компонент в этой развивающейся среде, хорошо подходящий для экономически эффективных, массовых применений, требующих надежного инфракрасного детектирования.