Техническая документация на фотодиод PD333-3B/L1 - Диаметр 5 мм - Обратное напряжение 32 В - Черная линза

1. Обзор продукта

PD333-3B/L1 — это высокоскоростной, высокочувствительный кремниевый PIN-фотодиод в стандартном пластиковом корпусе диаметром 5 мм. Его основная функция — преобразование падающего света, особенно в инфракрасном спектре, в электрический ток. Устройство оснащено черной эпоксидной линзой, которая повышает его чувствительность к инфракрасному излучению, одновременно минимизируя реакцию на видимый свет. Это делает его особенно подходящим для применений, требующих детектирования в ближнем инфракрасном диапазоне. Ключевые преимущества компонента включают быстрое время отклика, высокую фоточувствительность и малую емкость перехода, что критически важно для высокоскоростного детектирования сигналов. Компонент разработан как бессвинцовый (Pb-free) и соответствует соответствующим экологическим нормам, таким как RoHS и EU REACH.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Устройство предназначено для надежной работы в пределах указанных ограничений. Превышение этих характеристик может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (V_R):32 В — максимальное обратное напряжение смещения, которое может быть приложено к выводам фотодиода.
• Рабочая температура (T_opr):от -25°C до +85°C — диапазон температуры окружающей среды для нормальной работы.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +100°C — диапазон температур для хранения в нерабочем состоянии.
• Температура пайки (T_sol):260°C — пиковая температура, которую устройство может выдержать во время процессов пайки.
• Рассеиваемая мощность (P_c):150 мВт — максимальная мощность, которую устройство может рассеивать при температуре окружающей среды 25°C или ниже.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют производительность фотодиода в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C).

• Спектральная полоса пропускания (λ_0.5):от 840 нм до 1100 нм — диапазон длин волн, где чувствительность составляет не менее половины пикового значения.
• Длина волны пиковой чувствительности (λ_P):940 нм (типичное) — длина волны света, на которой фотодиод наиболее чувствителен.
• Напряжение холостого хода (V_OC):0.44 В (типичное) — напряжение, генерируемое на разомкнутых выводах при освещении (E_e=5 мВт/см², λ_p=940нм).
• Ток короткого замыкания (I_SC):10 мкА (типичное) — ток, протекающий при коротком замыкании выводов под освещением (E_e=1 мВт/см², λ_p=940нм).
• Обратный световой ток (I_L):Мин. 15 мкА — фототок, генерируемый при обратном смещении (V_R=5В, E_e=1 мВт/см², λ_p=940нм). Это ключевой параметр для детектирования сигнала.
• Обратный темновой ток (I_D):Макс. 30 нА — небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении в полной темноте (V_R=10В). Для лучшего отношения сигнал/шум желательно более низкое значение.
• Напряжение обратного пробоя (V_BR):Мин. 32 В, тип. 170 В — обратное напряжение, при котором происходит пробой перехода и ток резко возрастает.
• Полная емкость (C_t):6.0 пФ (типичное) — емкость перехода при обратном смещении (V_R=5В, f=1МГц). Низкая емкость имеет решающее значение для высокоскоростной работы.
• Время нарастания/спада (t_r/t_f):10 нс (типичное) — время, необходимое выходному сигналу для нарастания от 10% до 90% (или спада от 90% до 10%) от конечного значения (V_R=10В, R_L=100Ом). Это определяет максимальную скорость переключения.

3. Объяснение системы сортировки

PD333-3B/L1 сортируется на различные группы (бины) на основе его параметра Обратного светового тока (I_L) в определенных условиях испытаний (E_e=1мВт/см², λ_p=940нм, V_R=5В). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с предсказуемой производительностью для своего применения.

В спецификации также указаны стандартные допуски: Световой поток ±10%, Доминирующая длина волны ±1нм и Прямое напряжение ±0.1В, хотя последние два параметра более актуальны для светодиодов, чем для данного фотодиода.

4. Анализ характеристических кривых

Спецификация включает несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Они необходимы для проектирования схем и прогнозирования производительности.

4.1 Спектральная чувствительность

Кривая спектрального отклика показывает относительную чувствительность устройства на разных длинах волн. Пик приходится на 940 нм (инфракрасный), и имеется значительный отклик примерно от 840 нм до 1100 нм. Это подтверждает его пригодность для ИК-систем, таких как пульты дистанционного управления и датчики приближения.

4.2 Зависимость от температуры

Представлены кривые, показывающие зависимость Обратного темнового тока от температуры окружающей среды, а также Рассеиваемой мощности от температуры окружающей среды. Темновой ток обычно увеличивается с температурой, что может повлиять на уровень шума в чувствительных приложениях. Кривая снижения мощности показывает, как максимально допустимая рассеиваемая мощность уменьшается при повышении температуры окружающей среды выше 25°C.

4.3 Электрические характеристики

Ключевые графики включают:

• Обратный световой ток в зависимости от облученности (E_e):Показывает линейную зависимость между генерируемым фототоком и плотностью мощности падающего света — фундаментальное свойство фотодиодов.
• Емкость выводов в зависимости от обратного напряжения:Демонстрирует, как емкость перехода уменьшается с увеличением обратного напряжения смещения. Работа при более высоком обратном напряжении (в пределах нормы) может повысить скорость за счет снижения емкости.
• Время отклика в зависимости от сопротивления нагрузки:Иллюстрирует, как на время нарастания/спада влияет нагрузочный резистор (R_L) в цепи. Меньшее R_Lобычно приводит к более быстрому отклику, но к меньшему размаху выходного напряжения.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство использует стандартный круглый пластиковый корпус диаметром 5 мм. Чертеж размеров корпуса предоставляет критически важные измерения для проектирования посадочного места на печатной плате и механической интеграции. Ключевые размеры включают общий диаметр (5 мм), расстояние между выводами и высоту компонента. На чертеже указан общий допуск ±0.25 мм, если не оговорено иное. Корпус имеет два аксиальных вывода для электрического подключения. Черный эпоксидный корпус служит линзой и ИК-фильтром. Правильная идентификация полярности должна основываться на схеме выводов в спецификации; обычно катод обозначается более длинным выводом, плоской гранью на корпусе или специальной маркировкой.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Компонент рассчитан на максимальную температуру пайки 260°C. Можно использовать стандартные профили пайки оплавлением или волной для бессвинцовых процессов, контролируя пиковую температуру и время выше температуры ликвидуса, чтобы предотвратить тепловое повреждение. Ручная пайка должна выполняться быстро с помощью паяльника с регулируемой температурой. Рекомендуется хранить компоненты в сухой среде, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать проблемы во время пайки (эффект "попкорна").

7. Упаковка и информация для заказа

Стандартная спецификация упаковки: 500 штук в пакете, 5 пакетов в коробке и 10 коробок в картонной коробке, всего 25 000 штук в картонной коробке. Этикетка на упаковке включает поля для Номера продукта заказчика (CPN), Номера продукта (P/N), Количества в упаковке (QTY) и соответствующих рангов производительности (CAT для интенсивности и т.д.), а также Номер партии и дату для прослеживаемости.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые сценарии применения

• Высокоскоростное фотодетектирование:Подходит для передачи данных по волоконной оптике, сканеров штрих-кодов и оптических энкодеров благодаря времени отклика 10 нс.
• Системы безопасности:Может использоваться в лучах обнаружения вторжения, дымовых извещателях или в качестве приемника для ИК-связи в системах безопасности.
• Применения в фотоаппаратуре:Полезен для экспонометрии, систем помощи автофокуса или в качестве монитора ИК-фильтра.
• Промышленные датчики:Обнаружение объектов, подсчет и определение положения в автоматизированном оборудовании.

8.2 Особенности проектирования

• Цепь смещения:Фотодиод может использоваться в фотогальваническом режиме (нулевое смещение) для малошумящих применений или в фотопроводящем режиме (обратное смещение) для более высокой скорости и линейности. Максимальное обратное напряжение 32 В позволяет широкий выбор смещения.
• Усиление:Выходной ток мал (микроамперы), поэтому почти всегда требуется усилитель преобразования тока в напряжение (TIA) для преобразования тока в полезный сигнал напряжения.
• Шум:Для чувствительных применений учитывайте темновой ток и его зависимость от температуры. Для минимизации наводок электрического шума необходимы экранирование и тщательная разводка печатной платы.
• Оптическая фильтрация:Черный эпоксид обеспечивает некоторую фильтрацию, но для выбора конкретной длины волны может потребоваться дополнительный полосовой оптический фильтр.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с обычными фотодиодами, PD333-3B/L1 предлагает сбалансированное сочетание скорости (10 нс), чувствительности (мин. 15 мкА при указанных условиях) и надежного номинального обратного напряжения 32 В в распространенном корпусе 5 мм. Его кремниевая конструкция и PIN-структура обеспечивают хороший компромисс между стоимостью, скоростью и чувствительностью для применений в ближнем ИК-диапазоне. Альтернативами могут быть фотодиоды с меньшими корпусами для ограниченного пространства, с другим спектральным откликом (например, на видимый свет) или лавинные фотодиоды (APD) для применений, требующих внутреннего усиления, хотя APD более сложны и дороги.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем разница между фотогальваническим и фотопроводящим режимом?

О: В фотогальваническом режиме (нулевое смещение) фотодиод сам генерирует напряжение/ток, обеспечивая очень низкий темновой ток и шум. В фотопроводящем режиме (обратное смещение) прикладывается внешнее напряжение, что уменьшает емкость перехода (повышая скорость) и улучшает линейность, ценой несколько более высокого темнового тока.

В: Как выбрать правильный бин?

О: Выбирайте бин на основе требуемого минимального сигнального тока для вашего применения. Использование более высокого бина обеспечивает более сильный сигнал, но может повлиять на стоимость. Для единообразия в производстве указывайте один бин.

В: Можно ли использовать этот фотодиод для детектирования видимого света?

О: Хотя он имеет некоторый отклик в красной части видимого спектра, его пик находится на 940 нм (ИК), а черный эпоксид ослабляет видимый свет. Для детектирования преимущественно видимого света более подходящим будет фотодиод с прозрачной или цветоспецифичной линзой и пиковой длиной волны в видимом диапазоне.

В: Какое значение нагрузочного резистора (R_L) следует использовать?

О: Это зависит от требуемой скорости и уровня сигнала. Меньшее R_L(например, 50 Ом) дает более быстрый отклик, но меньший выходной сигнал напряжения (Vout = I_ph* R_L). Большее R_Lдает большее напряжение, но более медленный отклик из-за постоянной времени RC, образованной с емкостью диода. См. кривую "Время отклика в зависимости от сопротивления нагрузки".

11. Практический пример проектирования

Пример: Простой датчик обнаружения объекта

Типичное применение — датчик прерывания луча. ИК-светодиод, излучающий на 940 нм, размещается напротив фотодиода PD333-3B/L1. Фотодиод работает в фотопроводящем режиме с обратным смещением 5 В через нагрузочный резистор (например, 10 кОм). В нормальных условиях ИК-свет попадает на диод, генерируя фототок и создавая падение напряжения на резисторе. Когда объект прерывает луч, фототок значительно падает, вызывая большое изменение напряжения на резисторе. Этот сигнал напряжения можно подать на компаратор для генерации цифрового прерывания для микроконтроллера. Время отклика 10 нс намного быстрее, чем требуется для этого применения, но высокая чувствительность обеспечивает надежную работу даже с более слабыми ИК-источниками или на больших расстояниях.

12. 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 создают электрон-дырочные пары в собственной области. Под действием внутреннего встроенного потенциала (фотогальванический режим) или приложенного обратного смещения (фотопроводящий режим) эти носители заряда разделяются, создавая измеримый фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. Широкая собственная область в структуре PIN по сравнению со стандартным PN-фотодиодом уменьшает емкость перехода, обеспечивая более высокоскоростную работу.

13. Тенденции в отрасли

Спрос на фотодиоды продолжает расти в таких областях, как потребительская электроника (датчики смартфонов, носимые устройства), автомобилестроение (LiDAR, мониторинг водителя), промышленная автоматизация и связь (центры обработки данных). Тенденции включают дальнейшую миниатюризацию до корпусов чип-масштаба, интеграцию со схемами усиления и обработки сигналов на кристалле, разработку фотодиодов для новых диапазонов длин волн (например, коротковолновый инфракрасный) и улучшение параметров производительности, таких как более низкий шум и более высокая скорость, для удовлетворения требований новых технологий.