Техническая документация на кремниевый PIN-фотодиод PD42-21C/TR8 круглый 1.8 мм - Пиковая чувствительность 940 нм

1. Обзор продукта

PD42-21C/TR8 — это высокоскоростной, высокочувствительный кремниевый PIN-фотодиод, предназначенный для применения в инфракрасных детекторах. Он размещен в миниатюрном круглом SMD-корпусе диаметром 1.8 мм с полусферической линзой, изготовленном из черного пластика. Такая компактная конструкция делает его подходящим для применений с ограниченным пространством, требующих надежного инфракрасного детектирования.

Спектральная характеристика устройства согласована с распространенными инфракрасными светодиодами, что оптимизирует производительность в системах, где оно работает в паре с ИК-источником. Его ключевые преимущества включают быстрое время отклика, высокую фоточувствительность и малую емкость перехода, что критически важно для детектирования высокоскоростных сигналов.

1.1 Ключевые особенности и соответствие стандартам

• Быстрое время отклика:Позволяет детектировать быстрые изменения оптического сигнала.
• Высокая фоточувствительность:Обеспечивает сильный электрический выходной сигнал при низких уровнях освещенности.
• Малая емкость перехода:Способствует высокоскоростной работе за счет уменьшения RC-постоянных времени.
• Упаковка:Поставляется на 12-мм ленте, намотанной на катушку диаметром 7 дюймов, для автоматизированной сборки.
• Соответствие экологическим стандартам:Продукт не содержит свинца, соответствует директивам RoHS и EU REACH, а также не содержит галогенов (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Целевые области применения

Этот фотодиод разработан для использования в различных электронных системах, требующих точного инфракрасного детектирования.

• Высокоскоростные фотодетекторы
• Копировальные аппараты
• Игровые автоматы и интерактивные устройства
• Общие системы с инфракрасным излучением (например, датчики приближения, передача данных)

2. Подробный анализ технических характеристик

2.1 Абсолютные предельные параметры

Работа устройства за пределами этих значений может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (V_R):32 В
• Рабочая температура (T_opr):-25°C до +85°C
• Температура хранения (T_stg):-40°C до +85°C
• Температура пайки (T_sol):260°C в течение ≤5 секунд
• Рассеиваемая мощность (P_d):150 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже

2.2 Электрооптические характеристики (T_a=25°C)

Эти параметры определяют производительность фотодиода в типичных условиях.

• Спектральная полоса пропускания (λ_0.5):730 нм до 1100 нм. Устройство чувствительно в ближнем инфракрасном спектре.
• Длина волны пиковой чувствительности (λ_P):940 нм. Максимальная чувствительность достигается на этой инфракрасной длине волны.
• Напряжение холостого хода (V_OC):Обычно 0.42 В при освещении 5 мВт/см² на длине волны 940 нм.
• Ток короткого замыкания (I_SC):2.0 до 12 мкА (тип. 5.0 мкА) при освещении 1 мВт/см² на длине волны 875 нм.
• Обратный световой ток (I_L):2.0 до 12 мкА (тип. 5.0 мкА) при V_R=5В и освещении 1 мВт/см² на длине волны 875 нм. Это основной рабочий параметр в фотопроводящем режиме.
• Темновой ток (I_D):Максимум 10 нА при V_R=10В. Это ток утечки при отсутствии света.
• Напряжение пробоя (V_BR):Минимум 32 В, типично 170 В при I_R=100мкА.
• Полная емкость (C_t):Обычно 5 пФ при V_R=5В, f=1МГц. Низкая емкость является ключевым фактором для высокой полосы пропускания.
• Время нарастания/спада (t_r, t_f):Обычно по 6 нс каждый при V_R=10В, R_L=1кОм. Это определяет скорость электрического отклика на световой импульс.

3. Анализ характеристических кривых

Техническая документация включает типичные характеристические кривые, которые необходимы для инженеров-конструкторов. Хотя конкретные графические данные не представлены в текстовой форме, эти кривые обычно иллюстрируют взаимосвязь между ключевыми параметрами, помогая прогнозировать поведение устройства в нестандартных условиях.

3.1 Информация, представленная на кривых

Основываясь на стандартных характеристиках фотодиодов, обычно строятся следующие зависимости:

• Спектральная чувствительность:Кривая, показывающая относительную чувствительность в зависимости от длины волны, с пиком на 940 нм и падением до половины на 730 нм и 1100 нм.
• Ток в зависимости от освещенности (I_Lот E_e):Ожидается линейной в широком диапазоне, что подтверждает пригодность фотодиода для аналогового измерения света.
• Емкость в зависимости от обратного напряжения (C_tот V_R):Емкость обычно уменьшается с увеличением обратного смещения, что влияет на частотную характеристику.
• Темновой ток в зависимости от температуры (I_Dот T):Темновой ток примерно удваивается при каждом повышении температуры на 10°C, что критически важно для работы при высоких температурах.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Фотодиод поставляется в сверхминиатюрном круглом корпусе с диаметром корпуса 1.8 мм. Подробные механические чертежи в технической документации определяют все критические размеры, включая высоту линзы, расстояние между выводами и общий габарит. Допуски обычно составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Предоставлена рекомендуемая контактная площадка для справки при проектировании печатной платы, но инженерам рекомендуется модифицировать ее в соответствии с их конкретным процессом сборки и тепловыми требованиями.

4.2 Идентификация полярности и монтаж

SMD-корпус имеет определенную ориентацию. Чертеж в технической документации указывает катодный и анодный выводы. Правильная полярность имеет решающее значение для корректной работы схемы. Черный пластиковый корпус с прозрачной полусферической линзой способствует направленной чувствительности.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение жизненно важно для сохранения надежности и производительности устройства.

5.1 Хранение и чувствительность к влаге

• Не вскрывайте влагозащитный пакет до готовности к использованию.
• Храните невскрытые пакеты при температуре 10°C~30°C и влажности ≤90%.
• Используйте в течение одного года с момента отгрузки.
• После вскрытия устройства должны быть использованы в течение 168 часов (срок хранения на производстве) при хранении при температуре 10°C~30°C и влажности ≤60%. В противном случае они должны быть повторно просушены и помещены в сухой пакет.
• Процедура сушки: 96 часов при 60°C ± 5°C и влажности <5%.

5.2 Условия пайки

• Пайка оплавлением:Предоставлен рекомендуемый температурный профиль. Не превышайте два цикла оплавления.
• Ручная пайка:Используйте паяльник с температурой жала <350°C и мощностью <25Вт. Время контакта на каждый вывод должно быть <3 секунд. Выдерживайте интервал в 2 секунды между пайкой каждого вывода, чтобы предотвратить тепловое повреждение.
• Избегайте механических нагрузок на устройство во время нагрева и избегайте деформации печатной платы после пайки.

5.3 Переделка и ремонт

Ремонт после пайки не рекомендуется. Если это неизбежно, используйте двухголовый паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и равномерного снятия компонента. Всегда проверяйте функциональность устройства после любой переделки.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификация на ленте и катушке

Устройство упаковано в несущую ленту с размерами, указанными в технической документации. Стандартное количество — 1000 штук на 7-дюймовой катушке. Размеры ленты обеспечивают совместимость со стандартным оборудованием для установки SMD-компонентов.

6.2 Информация на этикетке

Этикетка на катушке содержит стандартную информацию для прослеживаемости и корректной сборки: номер детали заказчика (CPN), номер детали (P/N), номер партии, количество, пиковая длина волны (HUE), категории (CAT), ссылка (REF), уровень чувствительности к влаге (MSL-X) и страна производства.

7. Рекомендации по проектированию приложений

7.1 Защита схемы

Важно:Внешний токоограничивающий резистор должен использоваться последовательно с фотодиодом при работе в фотопроводящем режиме (с обратным смещением). Без него небольшое изменение напряжения может вызвать большой скачок тока, потенциально выводящий устройство из строя.

7.2 Смещение и обработка сигнала

Фотодиод может использоваться в двух основных режимах:

• Фотовольтаический режим (нулевое смещение):Генерирует напряжение (V_OC). Обеспечивает низкий уровень шума, но более медленный отклик.
• Фотопроводящий режим (обратное смещение):Работает с обратным напряжением (например, 5В, как в спецификациях). Это уменьшает емкость перехода (ускоряя отклик) и улучшает линейность, но увеличивает темновой ток. Трансимпедансный усилитель (TIA) обычно используется для преобразования фототока (I_L) в полезный сигнал напряжения.

7.3 Оптическое проектирование

Полусферическая линза имеет определенный угол обзора. Для оптимальной связи выравнивайте ИК-источник в пределах этого угла. Черный корпус минимизирует внутренние отражения и перекрестные помехи от окружающего света.

8. Техническое сравнение и позиционирование

По сравнению со стандартными фотодиодами, PD42-21C/TR8 предлагает баланс скорости (6 нс), чувствительности (тип. 5 мкА при 1мВт/см²) и очень компактного SMD-корпуса. Его пиковая чувствительность на 940 нм делает его идеально подходящим для многих недорогих ИК-светодиодов. Низкая емкость является ключевым отличием для высокочастотных применений по сравнению с устройствами с большей активной областью.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 В чем разница между I_SCи I_L?

I_SC(Ток короткого замыкания) измеряется при нулевом напряжении на диоде. I_L(Обратный световой ток) измеряется при приложенном обратном смещении (например, 5В). В хорошо спроектированном PIN-фотодиоде эти значения очень близки, как показано в технической документации (оба тип. 5.0 мкА). I_Lявляется более практичным параметром для проектирования схем при работе со смещением.

9.2 Как выбрать значение последовательного резистора?

Резистор ограничивает ток при максимальной освещенности. Рассчитайте R ≥ (Напряжение питания) / (Максимальный I_L). Из спецификаций, Макс. I_Lсоставляет 12 мкА. Для смещения 5В, R должен быть ≥ 5В / 12мкА ≈ 417 кОм. Общее начальное значение — 100 кОм, которое также устанавливает полосу пропускания в сочетании с емкостью перехода.

9.3 Можно ли использовать этот фотодиод для детектирования видимого света?

Его спектральный диапазон начинается с 730 нм, что находится в ближнем инфракрасном диапазоне. Он имеет очень низкую чувствительность к видимому свету (длины волн ниже 700 нм). Для видимого света более подходящим будет фотодиод с пиковой чувствительностью в диапазоне 550-650 нм.

10. Пример практического применения

Сценарий: Инфракрасный датчик приближения в игровом контроллере.

1. Подбор компонентов:PD42-21C/TR8 используется в паре с ИК-светодиодом на 940 нм.
2. Проектирование схемы:Фотодиод смещается в обратном направлении напряжением 3.3В через резистор 100 кОм. Его выход подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, сконфигурированного как TIA с резистором обратной связи 1 МОм и небольшим конденсатором обратной связи (например, 1 пФ) для стабилизации отклика.
3. Принцип работы:ИК-светодиод излучает импульсный сигнал. Когда объект (например, рука пользователя) приближается, он отражает ИК-свет на фотодиод. TIA преобразует увеличенный фототок в измеримый скачок напряжения.
4. Преимущества:Быстрый отклик фотодиода позволяет быстро обнаруживать резкие движения рук. Его малый размер легко помещается в компактный корпус контроллера. Высокая чувствительность обеспечивает надежную работу даже со слабыми отраженными сигналами.

11. Принцип работы

PIN-фотодиод состоит из широкой, слаболегированной собственной (I) области, зажатой между областями полупроводника P-типа и N-типа. При обратном смещении собственная область полностью обедняется, создавая сильное электрическое поле. Падающие фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, поглощаются, создавая электрон-дырочные пары. Сильное электрическое поле быстро разделяет эти носители, генерируя фототок, пропорциональный интенсивности света. По сравнению со стандартным PN-фотодиодом, широкая собственная область уменьшает емкость перехода (обеспечивая высокую скорость) и увеличивает объем для поглощения фотонов (улучшая чувствительность).

12. Тенденции отрасли

Спрос на миниатюрные, высокоскоростные фотодетекторы продолжает расти, чему способствуют применения в потребительской электронике (смартфоны, носимые устройства), автомобильной промышленности (LiDAR, датчики в салоне) и промышленной автоматизации. Тенденции включают дальнейшую миниатюризацию, интеграцию фотодиодов с усилительными и оцифровывающими схемами на одном кристалле (например, интегрированные оптические датчики), а также улучшенные характеристики в определенных спектральных диапазонах для новых применений, таких как распознавание жестов и 3D-сенсорика. Устройства, подобные PD42-21C/TR8, представляют собой зрелое, надежное решение для экономически эффективных, массовых применений, требующих надежного инфракрасного детектирования.