Техническая документация на кремниевый PIN-фотодиод PD438C диаметром 4.8 мм - Обратное напряжение 32В - Рассеиваемая мощность 150 мВт

1. Обзор продукта

PD438C — это высокоскоростной, высокочувствительный кремниевый PIN-фотодиод в цилиндрическом пластиковом корпусе с боковым обзором. Его основная функция — преобразование падающего света, особенно в инфракрасном спектре, в электрический ток. Ключевой особенностью компонента является то, что сам эпоксидный корпус выполняет роль встроенного инфракрасного (ИК) фильтра, спектрально согласованного с распространенными ИК-излучателями. Такая конструкция упрощает интеграцию в систему, снижая потребность во внешней фильтрации. Устройство характеризуется быстрым временем отклика, высокой фоточувствительностью и малой емкостью перехода, что делает его подходящим для применений, требующих быстрого и точного детектирования света.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

Устройство предназначено для надежной работы в следующих абсолютных пределах, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Максимальное обратное напряжение (V_R) составляет 32В. Рассеиваемая мощность (P_d) не должна превышать 150 мВт. Рабочий диапазон температур (T_opr) составляет от -40°C до +85°C, в то время как диапазон температур хранения (T_stg) простирается от -40°C до +100°C. При монтаже температура пайки (T_sol) должна поддерживаться на уровне 260°C в течение не более 5 секунд, чтобы предотвратить термическое повреждение корпуса и полупроводникового кристалла.

2.2 Электрооптические характеристики

В стандартных условиях испытаний (Ta=25°C) PD438C демонстрирует следующие ключевые параметры производительности. Его спектральная полоса пропускания (λ_0.5) составляет от 400 нм до 1100 нм, с пиковой длиной волны чувствительности (λ_p), как правило, на 940 нм, что идеально согласуется с распространенными инфракрасными источниками света. При облучении с энергетической освещенностью 5 мВт/см² на длине волны 940 нм типичное напряжение холостого хода (V_OC) составляет 0,35В. Ток короткого замыкания (I_SC) обычно равен 18 мкА при 1 мВт/см² на 940 нм. При обратном смещении 5В и той же освещенности обратный световой ток (I_L) обычно составляет 18 мкА (мин. 10,2 мкА). Темновой ток (I_d), представляющий собой ток утечки в отсутствие света, обычно равен 5 нА (макс. 30 нА) при обратном напряжении 10В. Общая емкость выводов (C_t) обычно составляет 25 пФ при обратном смещении 3В и частоте 1 МГц. Время нарастания и спада (t_r/t_f) обычно составляет 50 нс при работе с обратным смещением 10В и нагрузочным резистором 1 кОм.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, имеющих решающее значение для инженеров-проектировщиков. КриваяСпектральной чувствительностипоказывает относительную чувствительность фотодиода во всем рабочем диапазоне длин волн, подтверждая пик на 940 нм. ГрафикРассеиваемой мощности в зависимости от температуры окружающей средыиллюстрирует снижение максимально допустимой мощности при увеличении рабочей температуры, что важно для теплового управления. КриваяТемнового тока в зависимости от температуры окружающей средыдемонстрирует, как ток утечки увеличивается с температурой, что является критическим фактором для применений при слабом освещении или высоких температурах. ГрафикОбратного светового тока в зависимости от энергетической освещенности (Ee)показывает линейную зависимость между мощностью падающего света и генерируемым фототоком, подтверждая предсказуемость отклика устройства. КриваяЕмкости выводов в зависимости от обратного напряженияуказывает на то, как емкость перехода уменьшается с увеличением обратного смещения, что напрямую влияет на скорость устройства. Наконец, графикВремени отклика в зависимости от сопротивления нагрузкипоказывает, как на время нарастания/спада влияет внешняя нагрузка, помогая выбрать подходящий нагрузочный резистор для схем, критичных к скорости.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

PD438C поставляется в цилиндрическом корпусе с боковым обзором номинальным диаметром 4,8 мм. Подробный механический чертеж определяет все критические размеры, включая расстояние между выводами, высоту корпуса и геометрию линзы. На чертеже указано, что допуски размеров обычно составляют ±0,25 мм, если не указано иное. Конфигурация с боковым обзором особенно полезна для применений, где световой путь параллелен монтажной поверхности, например, в щелевых датчиках или системах обнаружения кромок.

4.2 Определение полярности

Устройство является двухвыводным компонентом. Катод обычно идентифицируется по более длинному выводу, выемке или плоскому участку на корпусе. Правильное подключение полярности имеет важное значение при подаче обратного смещения для оптимальной работы в фотопроводящем режиме.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Компонент рассчитан на пайку при пиковой температуре 260°C. Критически важно, чтобы время выше температуры ликвидуса (обычно около 217°C для бессвинцового припоя) было ограничено максимум 5 секундами, чтобы предотвратить чрезмерные термические нагрузки на эпоксидный корпус и внутренние проводные соединения. Стандартные профили оплавления или волновой пайки для бессвинцовых сборок, как правило, применимы. Следует избегать механических нагрузок на выводы во время обработки и установки.

6. Информация об упаковке и заказе

Стандартная спецификация упаковки — 500 штук в пакете. Шесть пакетов объединяются в одну внутреннюю коробку, а десять внутренних коробок составляют одну основную транспортную коробку, в результате чего в каждой основной коробке всего 30 000 штук. Этикетка продукта включает поля для номера детали заказчика (CPN), номера детали производителя (P/N), количества упаковки (QTY) и информации для отслеживания партии (LOT No.).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

PD438C хорошо подходит для различных оптоэлектронных применений. Его высокая скорость делает его идеальным длявысокоскоростного детектирования светав каналах передачи данных или при детектировании импульсов. Он часто используется впотребительской электронике, такой как фотоаппараты и видеокамеры (видеомагнитофоны, видеокамеры), для систем автофокусировки, экспонометрии или обнаружения конца ленты. Он служит надежным датчиком воптоэлектронных переключателяхи прерывателях для определения положения, обнаружения объектов и системах вращающихся энкодеров. Встроенный ИК-фильтр делает его особенно эффективным в системах, работающих в паре с ИК-светодиодами на 940 нм, отфильтровывая нежелательный видимый свет.

7.2 Особенности проектирования

При проектировании схемы с PD438C необходимо учитывать несколько факторов. Дляоптимизации скоростиработайте с фотодиодом при достаточном обратном смещении (например, 5В-10В), чтобы минимизировать емкость перехода, и используйте нагрузочный резистор с низким номиналом, как показано на кривой зависимости времени отклика от сопротивления нагрузки, хотя это компромисс с размахом выходного напряжения. Конфигурация усилителя тока-напряжения (TIA) часто предпочтительна для преобразования малого фототока в полезное напряжение при сохранении полосы пропускания. Дляприменений, чувствительных к шуму, критически важны спецификация темнового тока и его температурная зависимость; может потребоваться охлаждение устройства или использование методов синхронного детектирования. Линейность фототока от освещенности упрощает конструкции измерения оптической мощности. Убедитесь, что оптическая апертура и юстировка правильны для ориентации корпуса с боковым обзором.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными фотодиодами без линзы или фильтра, PD438C предлагает явное преимущество благодаря своейинтегрированной полулинзе и ИК-фильтрующей эпоксидной смоле. Это устраняет необходимость в отдельном оптическом фильтре, сокращая количество компонентов, сложность сборки и стоимость. Корпус с боковым обзором — это особая форм-фактор, решающая проблемы интеграции в конструкциях с ограниченным пространством, где нельзя использовать датчики с верхним обзором. Его сочетание относительно высокой скорости (50 нс) и хорошей чувствительности (18 мкА при 1 мВт/см²) предлагает сбалансированный профиль производительности для многих применений среднего уровня, позиционируя его между очень высокоскоростными, низкочувствительными устройствами и более медленными, высокочувствительными фотодиодами.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель "полулинзы"?

О: Полулинза помогает фокусировать падающий свет на активную область кремниевого кристалла, увеличивая эффективную площадь сбора и, следовательно, чувствительность устройства по сравнению с плоским окном.

В: Почему пиковая чувствительность на 940 нм?

О: Собственные поглощательные свойства кремния достигают пика в ближней инфракрасной области. 940 нм — очень распространенная длина волны для инфракрасных излучателей (светодиодов), так как она невидима для человеческого глаза и широко доступна. Эпоксидная смола настроена на соответствие этому.

В: Следует ли использовать этот фотодиод в фотогальваническом (нулевое смещение) или фотопроводящем (обратное смещение) режиме?

О: Для максимальной скорости и линейности рекомендуется фотопроводящий режим (приложение обратного смещения, например, 5В). Он уменьшает емкость перехода и расширяет область обеднения. Фотогальванический режим (нулевое смещение) обеспечивает более низкий уровень шума (нет темнового тока), но он медленнее.

В: Как температура влияет на производительность?

О: Как показано на кривых, темновой ток значительно увеличивается с температурой, что может быть источником шума. Сам фототок также имеет небольшой температурный коэффициент. Для стабильной работы в прецизионных применениях может потребоваться температурная компенсация или контролируемая среда.

10. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Инфракрасный датчик приближения:ИК-светодиод излучает импульсы на длине волны 940 нм. Отраженный свет детектируется PD438C. Корпус с боковым обзором позволяет разместить как излучатель, так и детектор на одной печатной плате, обращенными в одном направлении. Встроенный ИК-фильтр в PD438C помогает отсеивать окружающий видимый свет, улучшая отношение сигнал/шум отраженного ИК-сигнала. Микроконтроллер измеряет ток фотодиода через TIA для определения наличия объекта или расстояния.

Пример 2: Щелевой оптический переключатель:PD438C устанавливается на одной стороне П-образного кронштейна, напротив ИК-светодиода на другой стороне. Объект, проходящий через щель, прерывает луч. Быстрое время отклика (50 нс) позволяет детектировать очень высокоскоростные события или кодировать быстрое движение.

11. Введение в 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 (для кремния — длины волн короче ~1100 нм), попадают на устройство, они генерируют электрон-дырочные пары в собственной области. Под действием встроенного электрического поля (в фотогальваническом режиме) или приложенного обратного смещения (в фотопроводящем режиме) эти носители заряда разделяются, создавая измеримый фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. Широкая собственная область позволяет увеличить объем обеднения, что повышает квантовую эффективность (чувствительность) и снижает емкость перехода, обеспечивая более высокую скорость работы по сравнению со стандартным PN-фотодиодом.

12. Тенденции и развитие отрасли

Рынок фотодиодов, подобных PD438C, продолжает развиваться под влиянием тенденций в автоматизации, потребительской электронике и связи. Постоянно растет спрос наболее высокую скоростьдля поддержки более быстрой передачи данных в оптических линиях связи.Улучшенная чувствительность(меньше шума, выше чувствительность) позволяет работать с менее мощными излучателями или на больших расстояниях.Миниатюризация— еще одна ключевая тенденция, ведущая к появлению фотодиодов в корпусах для поверхностного монтажа меньшего размера. Кроме того, развивается интеграция: все больше устройств объединяют фотодиод, усилитель, а иногда и цифровую логику в одном корпусе (например, фотодиодные массивы, интегрированные оптические датчики). PD438C со своим встроенным оптическим фильтром представляет собой шаг в этом направлении интеграции, упрощая спецификацию материалов для системных проектировщиков.