Техническая документация на кремниевый PIN-фотодиод PD333-3C/H0/L811 диаметром 5 мм - Обратное напряжение 35 В - Прозрачная линза

1. Обзор продукта

PD333-3C/H0/L811 — это высокоскоростной, высокочувствительный кремниевый PIN-фотодиод в стандартном пластиковом корпусе диаметром 5 мм. Прибор оснащён прозрачной эпоксидной линзой, что делает его чувствительным к широкому спектру излучения, включая как видимый свет, так и инфракрасные волны. Основная конструктивная задача — достижение быстрого времени отклика и высокой фоточувствительности при сохранении малой ёмкости перехода, что делает его подходящим для применений, требующих точного и быстрого детектирования света.

Ключевые преимущества компонента включают его соответствие современным экологическим и стандартам безопасности. Это бессвинцовый продукт, соответствующий регламенту ЕС REACH, и соответствующий требованиям по отсутствию галогенов: содержание брома (Br) и хлора (Cl) менее 900 ppm каждый, а их сумма — менее 1500 ppm. Сам продукт спроектирован в соответствии со спецификациями RoHS.

2. Подробные технические характеристики

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Прибор рассчитан на надёжную работу в указанных пределах. Превышение этих параметров может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (V_R):35 В — максимальное обратное напряжение смещения, которое может быть приложено к фотодиоду.
• Рассеиваемая мощность (P_d):150 мВт — максимальная мощность, которую может рассеивать прибор.
• 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 нерабочего хранения.
• Температура пайки выводов (T_sol):260°C максимум в течение 5 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Эти параметры определяют основные характеристики фотодиода в типичных условиях.

• Спектральная полоса (λ_0.1):от 400 нм до 1100 нм. Прибор реагирует на свет от фиолетово-синей области вплоть до ближнего инфракрасного диапазона.
• Длина волны пиковой чувствительности (λ_P):940 нм (тип.). Фотодиод наиболее чувствителен в ближнем инфракрасном спектре.
• Напряжение холостого хода (V_OC):0,38 В (тип.) при облучённости 1 мВт/см² на длине волны 470 нм.
• Ток короткого замыкания (I_SC):45 мкА (тип.) при облучённости 1 мВт/см² на длине волны 470 нм.
• Обратный фототок (I_L):Это фототок, генерируемый при обратном смещении диода.
  • 46 мкА (тип.) при 470 нм, V_R=5В, E_e=1 мВт/см².
  • 60 мкА (тип.) при 940 нм (пиковая чувствительность), V_R=5В, E_e=1 мВт/см².
• Обратный темновой ток (I_D):10 нА (макс.) при V_R=10В в полной темноте. Это ток утечки, ключевой параметр для чувствительности при слабом освещении.
• Напряжение обратного пробоя (V_BR):130 В (тип.), минимум 35 В, измерено при обратном токе 100 мкА в темноте.
• Угол обзора (2θ_1/2):80° (тип.). Определяет угловой диапазон, в пределах которого фотодиод сохраняет половину своей осевой чувствительности.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, важных для инженеров-проектировщиков.

3.1 Рассеиваемая мощность в зависимости от температуры окружающей среды

На графике показано снижение максимально допустимой рассеиваемой мощности с ростом температуры окружающей среды. Номинальные 150 мВт действительны при 25°C и линейно снижаются до 0 мВт при 100°C. Эта кривая критически важна для предотвращения перегрева прибора в условиях эксплуатации.

3.2 Спектральная чувствительность

Эта кривая иллюстрирует относительную чувствительность фотодиода в его рабочем диапазоне длин волн (400-1100 нм), подтверждая пик чувствительности около 940 нм и значительный отклик в видимом спектре благодаря прозрачной линзе.

3.3 Обратный фототок в зависимости от облученности

Этот график демонстрирует линейную зависимость между генерируемым фототоком (I_L) и плотностью мощности падающего света (E_e). Он подтверждает пригодность прибора для применений в измерениях света, где важна линейность.

3.4 Темновой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Темновой ток (I_D) экспоненциально возрастает с температурой. Эта кривая жизненно важна для применений при повышенных температурах, так как определяет уровень собственных шумов детектора.

3.5 Относительный фототок в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма наглядно представляет угол обзора 80°, показывая, как сила детектируемого сигнала ослабевает при отклонении угла падения света от центральной оси (0°).

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Фотодиод поставляется в стандартном корпусе с радиальными выводами диаметром 5 мм. Ключевые размеры включают диаметр корпуса 5,0 мм, типичную высоту эпоксидного купола и расстояние между выводами. Все неуказанные допуски составляют ±0,25 мм. В техническом описании приведён подробный чертёж с размерами для проектирования посадочного места на печатной плате.

4.2 Определение полярности

Катод (K) обычно определяется по более длинному выводу, плоскому срезу на ободке корпуса или другой маркировке согласно чертежу корпуса. Правильная полярность должна соблюдаться при сборке схемы для корректной работы в режиме обратного смещения.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Аккуратное обращение во время пайки крайне важно для предотвращения повреждения эпоксидной колбы и внутренней структуры.

• Общее правило:Соблюдайте минимальное расстояние 3 мм от места пайки до эпоксидной колбы. Рекомендуется паять за пределами основания перемычки.
• Ручная пайка:Используйте паяльник с температурой жала не выше 350°C (макс. 30 Вт). Ограничьте время пайки 3 секундами на вывод.
• Волновая/погружная пайка:Предварительный нагрев до максимум 100°C в течение до 60 секунд. Температура ванны не должна превышать 260°C, время погружения — максимум 5 секунд.
• Критические указания:
  • Избегайте приложения механических усилий к выводам, пока прибор находится при высокой температуре.
  • Не выполняйте погружную или ручную пайку более одного раза.
  • Защищайте эпоксидную колбу от ударов или вибрации до тех пор, пока прибор не остынет до комнатной температуры.
  • Избегайте быстрого охлаждения с пиковой температуры пайки.
  • Всегда используйте минимально возможную температуру пайки, обеспечивающую надёжное соединение.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификация упаковки

Приборы упакованы в антистатические пакеты для защиты. Стандартный поток упаковки:

1. 500 штук в антистатическом пакете.
2. 5 пакетов (2500 штук) во внутренней коробке.
3. 10 внутренних коробок (25 000 штук) в основной внешней коробке.

6.2 Спецификация маркировки

Маркировка продукта содержит ключевую информацию для прослеживаемости и идентификации, включая номер детали заказчика (CPN), номер продукта (P/N), количество в упаковке (QTY), номер партии и дату (месяц).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• Высокоскоростное фотодетектирование:Подходит для каналов передачи данных (например, ИК-пульты ДУ, оптические энкодеры, датчики приближения), где требуется обнаружение быстрых импульсов.
• Системы безопасности:Может использоваться в лучах обнаружения вторжения, дымовых извещателях или для измерения окружающего освещения в системах автоматического управления светом.
• Системы камер:Применим для экспонометрии, автоматического управления экспозицией или в качестве датчика управления ИК-фильтром.

7.2 Особенности проектирования

• Смещение:Для максимально быстрого отклика и линейности работайте с фотодиодом в режиме обратного смещения (фотопроводящий режим). Для преобразования фототока в напряжение обычно используется усилитель тока в напряжение (TIA).
• Полоса пропускания vs. Чувствительность:Ёмкость перехода (подразумеваемая быстрым откликом) и значение нагрузочного резистора определят полосу пропускания схемы. Существует компромисс между полосой пропускания (низкое R) и чувствительностью/выходным напряжением (высокое R).
• Оптическая конструкция:Угол обзора 80° относительно широк. Для направленного детектирования может потребоваться диафрагма или трубка с линзой для ограничения поля зрения.
• Компенсация темнового тока:В прецизионных приложениях с низким уровнем освещённости темновой ток и его изменение с температурой может потребовать компенсации в схеме обработки сигнала.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными PN-фотодиодами, этот PIN-фотодиод предлагает явные преимущества:

• Более быстрое время отклика:Собственная (I) область в структуре PIN уменьшает ёмкость перехода, обеспечивая более высокие скорости переключения и полосу пропускания.
• Улучшенная линейность:Широкая собственная область обеспечивает лучшую линейность фототока относительно мощности падающего света в широком диапазоне.
• Более низкий темновой ток (при сопоставимых напряжениях):Хотя это зависит от конкретной конструкции, структура иногда позволяет получить более низкие токи утечки.
• Широкий спектр чувствительности:Прозрачная линза, в отличие от тонированных, не фильтрует видимый свет, что делает её универсальным выбором для применений, требующих отклика от видимого до ближнего ИК-диапазона.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: В чём разница между работой на 470 нм и 940 нм?

О: Фотодиод значительно более чувствителен на своей пиковой длине волны 940 нм (тип. 60 мкА против 46 мкА при 470 нм в тех же условиях). Для максимального выходного сигнала идеальны ИК-источники около 940 нм. Отклик на 470 нм также позволяет использовать прибор с синими/зелёными источниками видимого света.

В2: Могу ли я использовать этот фотодиод без обратного напряжения смещения?

А: Да, его можно использовать в фотогальваническом режиме (нулевое смещение), генерируя напряжение холостого хода (V_OC). Однако для высокоскоростных или большинства линейных применений рекомендуется обратное смещение (фотопроводящий режим), так как оно уменьшает ёмкость перехода и улучшает время отклика.

В3: Насколько критично правило расстояния пайки в 3 мм?

О: Очень критично. Избыточное тепло, передаваемое по выводу, может привести к растрескиванию эпоксидного уплотнения или повреждению полупроводникового кристалла, что вызовет немедленный отказ или снижение долгосрочной надёжности.

В4: Что означает спецификация "Угол обзора" для моего проекта?

О: Это означает, что фотодиод будет эффективно детектировать свет в пределах конуса 80° (40° от оси в любом направлении). Свет, падающий под углами больше этого, будет создавать значительно более слабый сигнал. Это важно для совмещения датчика с источником света или определения зоны детектирования.

10. Пример практического применения

Проектирование простого датчика приближения:

PD333-3C/H0/L811 можно использовать в паре с инфракрасным светодиодом (например, излучающим на 940 нм) для создания датчика приближения или обнаружения объектов. ИК-светодиод управляется импульсным током. Фотодиод, расположенный рядом со светодиодом, но оптически изолированный, детектирует отражённый от объекта ИК-свет. Выход фотодиода подключается к TIA, а затем к компаратору. Когда объект отсутствует, детектируемый сигнал низкий (только фоновый ИК). Когда объект приближается, отражённый импульс увеличивает сигнал выше установленного порога, срабатывая компаратор. Быстрое время отклика PIN-диода позволяет осуществлять быстрое обнаружение и поддерживать модулированные сигналы для подавления помех от фонового освещения.

11. Введение в принцип работы

PIN-фотодиод — это полупроводниковый прибор с трёхслойной структурой: P-типа, Собственная (нелегированная) и N-типа (P-I-N). При обратном смещении собственная область полностью обедняется носителями заряда, создавая широкую область электрического поля. Фотоны, падающие на прибор с энергией больше ширины запрещённой зоны полупроводника, создают электрон-дырочные пары. Сильное электрическое поле в собственной области быстро уносит эти носители к соответствующим выводам, генерируя фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. Широкая собственная область является ключевой: она уменьшает ёмкость перехода (обеспечивая высокую скорость) и увеличивает объём, где могут поглощаться фотоны (улучшая чувствительность, особенно для более длинных волн, таких как ИК).

12. Тенденции и контекст отрасли

Кремниевые PIN-фотодиоды, такие как PD333-3C/H0/L811, остаются фундаментальными компонентами в оптоэлектронике. Текущие тенденции в отрасли включают:

• Миниатюризация:Хотя 5 мм — это стандартный корпус для монтажа в отверстия, существует сильная тенденция к корпусам для поверхностного монтажа (SMD, например, 0805, 0603) для автоматизированной сборки и проектов с ограниченным пространством.
• Интеграция:Растущая интеграция фотодиода с усилением, фильтрацией и цифровой логикой на кристалле для создания "интеллектуальных оптических датчиков", предоставляющих обработанный цифровой выход.
• Повышение производительности:Постоянная разработка сосредоточена на дальнейшем снижении темнового тока, улучшении чувствительности (отзывчивости) на определённых длинах волн и расширении спектрального диапазона в более глубокий инфракрасный с использованием таких материалов, как InGaAs.
• Оптимизация под конкретные применения:Фотодиоды адаптируют для новых применений в потребительской электронике (датчики смартфонов, носимые устройства), автомобилестроении (LiDAR, датчики в салоне) и промышленной автоматизации (машинное зрение, спектроскопия).

Несмотря на эти тенденции, классический PIN-фотодиод для монтажа в отверстия продолжает широко использоваться в прототипировании, учебных наборах, промышленных системах управления и применениях, где ценятся надёжность и простота ручной пайки.

13. Отказ от ответственности и примечания по использованию

Критические юридические и технические оговорки сопровождают данные этого продукта:

1. Производитель оставляет за собой право изменять материалы продукта.
2. Продукт соответствует опубликованным спецификациям в течение 12 месяцев с даты отгрузки.
3. Графики и типичные значения приведены для справки; они не являются гарантированными минимальными или максимальными пределами.
4. Производитель не несёт ответственности за ущерб, возникший в результате работы за пределами Предельных эксплуатационных параметров или неправильного использования.
5. Содержание технического описания защищено авторским правом; воспроизведение требует предварительного согласия.
6. Важное предупреждение по безопасности:Данный продуктне предназначендля использования в военной, авиационной, автомобильной, медицинской, жизнеобеспечивающей, спасательной или любой другой критически важной для безопасности области, где отказ может привести к травме или смерти человека. Для таких применений необходимо получить явное разрешение.