Техническая документация на кремниевый планарный PIN-фотодиод PD70-01B/TR7 - 2.0x1.25x0.9мм - Обратное напряжение 32В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

PD70-01B/TR7 — это высокопроизводительный кремниевый планарный PIN-фотодиод, предназначенный для применений, требующих быстрого отклика и высокой чувствительности к инфракрасному излучению. Его компактные размеры и надёжная работа в широком диапазоне температур делают его универсальным компонентом для различных электронных систем.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный фотодиод предлагает несколько ключевых преимуществ, включая встроенный фильтр дневного света для снижения помех от окружающего освещения, высокую чувствительность на пиковой длине волны и очень низкую ёмкость перехода, обеспечивающую короткое время переключения. Его малогабаритный корпус для поверхностного монтажа не содержит свинца и соответствует стандартам RoHS, REACH и бесгалогенным требованиям. Эти особенности делают его особенно подходящим для бытовой электроники, промышленных систем управления и коммуникационных приложений, таких как пульты дистанционного управления для телевизоров и бытовой техники, инфракрасная передача аудио, видеомагнитофоны, копировальные аппараты, датчики в лифтах, а также универсальные системы измерения и управления.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы работы

Прибор рассчитан на надёжную работу в заданных пределах. Максимальное обратное напряжение (VR) составляет 32В. Рабочий диапазон температур (Topr) — от -25°C до +85°C, диапазон температур хранения (Tstg) — от -40°C до +85°C. Максимальная температура пайки (Tsol) — 260°C в течение не более 5 секунд. Рассеиваемая мощность (Pd) составляет 150 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже.

2.2 Электрооптические характеристики

При стандартной температуре 25°C фотодиод демонстрирует определённые показатели производительности. Его спектральная полоса пропускания (λ0.5) составляет от 730 нм до 1100 нм, с пиком чувствительности (λP) на 940 нм, что относит его к ближнему инфракрасному спектру. При облучённости 1 мВт/см² на длине волны 940 нм типичный ток короткого замыкания (ISC) равен 35 мкА, а типичный обратный световой ток (IL) при VR=5В составляет 25 мкА (мин. 17 мкА). Обратный темновой ток (ID) при VR=10В типично равен 5 нА, максимум — 30 нА. Напряжение обратного пробоя (VBR) минимально 32В, типично 170В при токе 100 мкА.

3. Анализ характеристических кривых

В технической документации представлены типичные характеристические кривые, которые дают более глубокое понимание поведения прибора, выходящее за рамки табличных минимальных, типичных и максимальных значений.

3.1 Спектральная чувствительность

На графике (Рис.1) показана нормированная спектральная характеристика в зависимости от длины волны. Кривая демонстрирует резкий рост чувствительности, начиная примерно с 730 нм, пик на 940 нм, а затем постепенное снижение к 1100 нм. Это подтверждает его оптимизацию для инфракрасного детектирования, в частности для распространённых ИК-излучателей на 940 нм, в то время как фильтр дневного света ослабляет чувствительность в видимом спектре.

3.2 Линейность отклика

Другой график (Рис.2) отображает зависимость обратного светового тока (IL) от облучённости (Ee). Ожидается, что эта кривая покажет высоколинейную зависимость, что указывает на прямую пропорциональность выходного фототока мощности падающего света в рабочем диапазоне — критически важная особенность для применений в измерениях и управлении.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габариты корпуса и полярность

PD70-01B/TR7 поставляется в компактном корпусе для поверхностного монтажа. Предоставлены подробные чертежи с размерами. Габариты корпуса составляют приблизительно 2.0 мм в длину, 1.25 мм в ширину и 0.9 мм в высоту (без учёта выводов). Катод, как правило, маркируется, часто выемкой, скошенным краем или точкой на корпусе. Конструкторам необходимо обратиться к подробному чертежу корпуса для точного определения маркера полярности и разводки контактных площадок, чтобы обеспечить корректное проектирование посадочного места на печатной плате и ориентацию при сборке.

4.2 Спецификации намотки в ленту и на катушку

Для автоматизированной сборки компонент поставляется в ленте-носителе на катушке. Ширина ленты, размеры ячеек и диаметр катушки стандартизированы для совместимости с обычным оборудованием для установки компонентов. Стандартное количество в упаковке — 1000 штук на катушке.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Профиль пайки оплавлением

Для бессвинцовой пайки необходимо соблюдать определённый температурный профиль. Рекомендуемый профиль включает стадию предварительного нагрева, зону выдержки, пиковую температуру оплавления не выше 260°C и контролируемую фазу охлаждения. Общее время выше температуры ликвидуса и длительность максимальной пиковой температуры критически важны для предотвращения термического повреждения эпоксидного корпуса и полупроводникового кристалла. Пайку оплавлением не следует проводить более двух раз.

5.2 Ручная пайка и перемонтаж

При необходимости ручной пайки необходимо соблюдать особую осторожность. Температура жала паяльника должна быть ниже 350°C, а время контакта с каждым выводом должно составлять менее 3 секунд на соединение при использовании паяльника мощностью 25Вт или менее. Между пайкой каждого вывода требуется интервал охлаждения более двух секунд. Для перемонтажа рекомендуется использовать двусторонний паяльник для одновременного нагрева обоих выводов и избежания механических напряжений. Целесообразность и влияние перемонтажа на характеристики прибора должны быть оценены заранее.

6. Меры предосторожности при хранении и обращении

6.1 Чувствительность к влаге

Данный прибор чувствителен к влаге. Влагозащитный пакет не следует вскрывать до момента готовности к использованию компонентов. До вскрытия условия хранения должны быть 30°C или ниже и относительная влажность (RH) 90% или ниже. Общий срок хранения в невскрытом пакете составляет один год. После вскрытия компоненты должны храниться при 30°C или ниже и относительной влажности 60% или ниже и использованы в течение 168 часов (7 дней). Если силикагелевый осушитель указывает на насыщение или срок хранения превышен, перед использованием требуется обработка прокаливанием при 60 ±5°C в течение 24 часов.

6.2 Электрическая защита

Критически важная мера предосторожности — защита от перегрузки по току. Как диод, он должен работать с последовательным токоограничивающим резистором при смещении. Без этого резистора даже небольшое увеличение приложенного напряжения может вызвать большое, потенциально разрушительное увеличение тока, приводящее к перегоранию. Номинал резистора должен быть рассчитан на основе рабочего напряжения и требуемого фототока или темнового тока.

7. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

7.1 Типовые схемы включения

PD70-01B/TR7 может использоваться в двух основных конфигурациях: фотогальванический режим (нулевое смещение) и фотопроводящий режим (обратное смещение). В фотогальваническом режиме он генерирует напряжение/ток при освещении, что подходит для простого детектирования света. В фотопроводящем режиме (с приложенным обратным напряжением смещения, например, 5В) скорость отклика значительно выше, а линейность улучшается, что делает его идеальным для высокоскоростного детектирования импульсов, как в ИК-пультах ДУ. Схема усилителя тока с преобразованием в напряжение (TIA) обычно используется для преобразования малого фототока в полезный сигнал напряжения.

7.2 Соображения при проектировании

Ключевые факторы проектирования включают:Смещение:Выбор режима работы на основе требований к скорости и линейности.Полоса пропускания:Низкая ёмкость (подразумеваемая быстрым временем переключения) позволяет достичь высокой полосы пропускания в паре с подходящим малошумящим усилителем.Оптическая фильтрация:Встроенный фильтр дневного света полезен, но для специфических применений могут потребоваться дополнительные внешние оптические фильтры для блокировки нежелательных длин волн.Разводка печатной платы:Располагайте фотодиод и его усилитель близко друг к другу, чтобы минимизировать паразитную ёмкость и наводки. Убедитесь, что анод и катод правильно ориентированы согласно маркировке на корпусе.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными фотодиодами или фототранзисторами, PIN-структура PD70-01B/TR7 предлагает явные преимущества. Собственная (I) область между P- и N-слоями снижает ёмкость перехода, обеспечивая более быстрые времена отклика (короткое время переключения). Это делает его превосходным для высокоскоростной передачи данных через ИК. Его высокая чувствительность и заданные параметры темнового тока обеспечивают хорошее отношение сигнал/шум. Интегрированный фильтр дневного света — это практичная особенность, отсутствующая во всех базовых фотодиодах, упрощающая проектирование для сред с окружающим освещением.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Для чего нужен фильтр дневного света?

Фильтр дневного света ослабляет чувствительность в спектре видимого света (приблизительно 400-700 нм). Это снижает шум и помехи от источников окружающего света, таких как солнечный свет или комнатное освещение, позволяя прибору более надёжно детектировать модулированные инфракрасные сигналы от пульта ДУ или другого ИК-источника.

9.2 Как выбрать номинал последовательного резистора?

Последовательный резистор ограничивает ток как в темноте, так и при освещении. В режиме обратного смещения номинал резистора (R) можно оценить с помощью закона Ома: R ≈ (Напряжение питания - Падение напряжения на диоде) / Максимальный ожидаемый ток. Ток должен поддерживаться значительно ниже предела максимальной рассеиваемой мощности. Начните с консервативного значения (например, 10 кОм) и скорректируйте его на основе амплитуды сигнала и требований к скорости.

9.3 Может ли этот датчик детектировать видимый свет?

Хотя его спектральный диапазон начинается с 730 нм (граница красного видимого света), его чувствительность в видимом спектре очень низка из-за фильтра дневного света. Это в первую очередь инфракрасный детектор, оптимизированный для 940 нм. Для детектирования видимого света потребуется фотодиод без ИК-блокирующего или дневного фильтра.

10. Введение в принцип работы

Кремниевый PIN-фотодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий свет в электрический ток. Когда фотоны с энергией больше ширины запрещённой зоны кремния попадают на прибор, они генерируют электрон-дырочные пары в области обеднения. В PIN-структуре широкая собственная (I) область расположена между P-типом и N-типом. Эта широкая I-область создаёт большую область обеднения для поглощения фотонов и, что критически важно, снижает ёмкость перехода. При обратном смещении электрическое поле перемещает эти носители заряда к контактам, генерируя фототок, пропорциональный интенсивности падающего света. "Планарный" процесс относится к технологии изготовления, которая обычно обеспечивает приборы стабильными и воспроизводимыми характеристиками.