PD204-6B/L3 Fototransistör Veri Sayfası - 3mm Paket - 940nm Tepe Duyarlılığı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD204-6B/L3, standart 3mm plastik paketleme kullanılan, yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir silikon PIN fotodiyottur. Bu cihazın spektral karakteristiği, görünür ışık ve kızılötesi yayıcı diyotlarla uyumludur ve 940nm dalga boyunda optimize edilmiş tepe hassasiyeti ile hızlı tepki ve güvenilir performans gerektiren çeşitli algılama uygulamaları için uygundur.

Bu bileşenin temel avantajları, hızlı tepki süresi, yüksek ışık hassasiyeti ve düşük eklem kapasitansını içerir; bu özellikler birlikte verimli sinyal tespiti sağlar. Bu ürün, RoHS ve AB REACH düzenlemelerine uygundur ve kurşunsuz (Pb-free) bir işlemle üretilmiştir.

2. Teknik Parametrelerin Detaylı Açıklaması

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu cihaz, belirtilen çevresel ve elektriksel sınırlar içinde güvenilir çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu değerlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

• Ters Gerilim (VR):32 V - Fotodiyot üzerine uygulanabilecek maksimum ters öngerilim voltajı.
• Çalışma Sıcaklığı (Topr):-25°C ila +85°C - Cihazın normal çalışma ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama sıcaklığı (Tstg):-40°C ila +100°C - Cihazın güç verilmediği durumda güvenle depolanabileceği sıcaklık aralığı.
• Lehimleme sıcaklığı (Tsol):Standart reflow profilinde, maksimum sıcaklık 260°C olup, süresi 5 saniyeyi geçmemelidir.
• Güç Tüketimi (Pc):Serbest hava sıcaklığı 25°C veya altında iken 150 mW'dır.

2.2 Optoelektronik Özellikler

Bu parametreler, fototransistörün standart test koşullarında (Ta=25°C) temel performansını tanımlar.

• Spektral bant genişliği (λ0.5):760 nm ila 1100 nm. Bu, cihazın en az yarı tepe noktası hassasiyetini koruduğu dalga boyu aralığını tanımlar.
• Tepe Hassasiyet Dalga Boyu (λP):940 nm (tipik). Cihaz bu kızılötesi dalga boyuna en hassastır.
• Açık Devre Gerilimi (VOC):940nm dalga boyunda ve 1 mW/cm² ışınım (Ee) şartlarında tipik değer 0.42 V'dir.
• Kısa Devre Akımı (ISC):Aynı test koşullarında (Ee=1mW/cm², λp=940nm), tipik değer 4.3 μA'dır.
• Ters yönlü fotoakım (IL):VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm koşullarında, minimum değer 3.9 μA, tipik değer 6 μA'dır. Bu, diyot ters öngerilimde ve ışık altındayken üretilen fotoakımdır.
• Ters yönlü karanlık akım (ID):VR=10V, tam karanlık (Ee=0mW/cm²) koşullarında maksimum değer 10 nA'dır. Bu, ışık olmadığında bile akan küçük bir kaçak akımdır.
• Ters Kırılma Gerilimi (VBR):Karanlıkta, ters akım (IR) 100μA iken ölçülen minimum değer 32 V'dur.
• Toplam Kapasitans (Ct):VR=5V, 1MHz frekansta tipik değer 10 pF'dir. Daha düşük kapasitans daha hızlı anahtarlama hızı sağlar.
• Yükselme/Düşme Süresi (tr/tf):VR=10V ve 100Ω yük direnci (RL) koşullarında, tipik değer 10 ns / 10 ns'dir, bu da son derece hızlı tepki süresini gösterir ve darbe ışığı tespiti için uygundur.
• Görüş Açısı (2θ1/2):45° (tipik değer). Bu, cihazın hassasiyetini koruduğu açısal görüş alanını tanımlar.

İlgili uygulamalarda, ışık şiddeti toleransı ±%10, ana dalga boyu toleransı ±1nm ve ileri voltaj toleransı ±0.1V'dir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, bileşenin farklı koşullar altındaki davranışını göstermek için çok sayıda karakteristik eğri sağlar. Bu eğriler, tasarım mühendislerinin gerçek uygulama senaryolarındaki performansı tahmin etmesi için çok önemlidir.

3.1 Güç Tüketimi ile Ortam Sıcaklığı Arasındaki İlişki

Eğri, ortam sıcaklığı 25°C'yi aştığında, izin verilen maksimum güç tüketiminin buna bağlı olarak azaldığını göstermektedir. Tasarımcılar, uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için işlem kapasitesini buna göre düşürmelidir.

3.2 Spektral Duyarlılık

Spektral yanıt eğrisi, cihazın 940 nm'deki tepe duyarlılığını ve yaklaşık 760 nm'den 1100 nm'ye kadar olan etkin aralığını doğrulamaktadır. Bu, cihazın yaygın kızılötesi LED'lerin kullanıldığı uygulamalara uygunluğunu vurgulamaktadır.

3.3 Ters Karanlık Akımı ile Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Karanlık akım, sıcaklıkla üstel olarak artar. Yüksek sıcaklık ortamlarında çalışan uygulamalar için bu eğri hayati öneme sahiptir, çünkü yüksek karanlık akım gürültüyü artırır ve düşük ışık koşullarındaki sinyal-gürültü oranını etkileyebilir.

3.4 Ters Fotoakımı ile Işınım Şiddeti (Ee) İlişkisi

Bu grafik, belirtilen aralıkta üretilen fotoelektrik akımın (IL) gelen ışık şiddeti (ışınım) ile doğrusal ilişkisini göstermektedir. Cihazın öngörülebilir ve doğrusal fotometrik tepkisini doğrular.

3.5 Uç Kapasitesinin Ters Gerilim ile İlişkisi

Eklem kapasitansı (Ct), ters öngerilim voltajı arttıkça azalır. Yüksek hızlı uygulamalar için düşük kapasitans idealdir, bu eğri en uygun çalışma öngerilim noktasının seçilmesine yardımcı olur.

3.6 Yanıt Süresi ile Yük Direnci İlişkisi

Bu eğri, yükselme ve düşme sürelerinin (tr/tf) harici yük direnci (RL) değerinden nasıl etkilendiğini göstermektedir. Daha küçük bir yük direnci kullanmak daha hızlı tepki sağlar, ancak bu sinyal genliğinden ödün verilmesi pahasına olur.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

Cihaz, standart 3mm radyal uçlu paket kullanır. Boyut çizimi, gövde çapını, uç aralığını ve uç boyutlarını belirtir. Belirtilmemiş tüm toleranslar ±0.25mm'dir. Lens rengi siyahtır.

4.2 Polarite Tanımlama

Katot (negatif terminal), genellikle paket gövdesi üzerindeki bir düzlem veya daha uzun bir bacak ile tanımlanır. Devre montajı sırasında, normal ters öngerilim çalışmasını sağlamak için doğru polariteye dikkat edilmelidir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Bu bileşen standart PCB montaj işlemlerine uygundur.

• Reflow lehimleme:Maksimum lehimleme sıcaklığı 260°C'dir. Plastik paketleme ve yarı iletken çipe termal hasar vermemek için bu sıcaklıkta veya üzerinde geçirilen süre 5 saniyeyi aşmamalıdır.
• El ile Lehimleme:El ile lehimleme gerekliyse, sıcaklığı kontrol edilen bir lehim havya kullanılmalı ve temas süresi en aza indirilmelidir (genellikle her bacak için 3 saniyeden az).
• Temizleme:Plastik kapsülleme malzemesi ile uyumlu bir temizleyici kullanın.
• Depolama:Belirtilen depolama sıcaklığı aralığında (-40°C ila +100°C), kuru ve statik elektriğe karşı korumalı bir ortamda saklayın.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Paketleme Miktar Özellikleri

Standart paketleme aşağıdaki gibidir: Her torba 200-1000 adet, her kutu 4 torba, her koli 10 kutu. Bu, prototip geliştirme ve seri üretim için esneklik sağlar.

6.2 Etiket Formatı ve Özellikleri

Ürün etiketi, izlenebilirlik ve tanımlama için kullanılan kritik bilgileri içerir:

• CPN:Müşteri Ürün Numarası
• P/N:Ürün Numarası (örneğin, PD204-6B/L3)
• ADET:Paketleme Miktarı
• CAT, HUE, REF:Işık şiddeti, ana dalga boyu ve ileri voltaj için sınıflandırma seviyeleri (uygulanabilirse).
• LOT No:Üretim parti numarası, izlenebilirlik için kullanılır.
• X:Üretim ayı.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

PD204-6B/L3, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli fotoelektrik algılama uygulamaları için idealdir:

• Otomatik Kapı Sensörü:Kapının açma/kapama mekanizmasını tetiklemek için kızılötesi ışın kesintisini tespit eder.
• Fotokopi Makineleri ve Yazıcılar:Kağıt algılama, kenar sensörü veya toner seviyesi izleme için.
• Oyun Konsolları / Arcade Sistemleri:Nesne tespiti, etkileşim kontrolü veya konum algılama için.
• Genel Kızılötesi Algılama:Uzaktan kumanda alıcıları, yakınlık sensörleri ve hızlı, güvenilir 940nm kızılötesi ışık tespiti gerektiren endüstriyel otomasyon alanları.

7.2 Tasarım Hususları

• Bias Devresi:En iyi hız ve doğrusallık için fotodiyot ters bias (fotoiletken mod) altında çalıştırılmalıdır. Şartnameye göre tipik ters gerilim 5V ila 10V'dur.
• Yük Direnci (RL):RL, yanıt hızı (bant genişliği) ve çıkış voltajı salınımı arasındaki dengeye göre seçilir. Zayıf fotodirenç akımını kullanılabilir bir voltaja dönüştürürken yüksek hız ve düşük gürültüyü korumak için bir Transimpedans Amplifikatör (TIA) devresi kullanılması önerilir.
• Optik Hususlar:Işık kaynağı (genellikle 940nm kızılötesi LED) ile doğru hizalamanın sağlanması gerekir. 45° görüş açısına sahip bir görüş alanı dikkate alınmalıdır. Optik filtreler, özellikle görünür ışık olmak üzere istenmeyen ortam ışığını engellemeye yardımcı olur.
• Gürültü Azaltma:Hassas uygulamalar için, cihaz ve devresini elektriksel gürültüden korumak gerekir. İzleri kısa tutun, bypass kapasitörleri kullanın ve yüksek sıcaklıklarda karanlık akımın etkisini göz önünde bulundurun.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

PD204-6B/L3, yavaş tepki süresine sahip standart fotodiyot veya fototransistörlerle karşılaştırıldığında önemli avantajlar sunar:

• Yüksek Hız:Yükselme/düşme süresi 10ns'dir, bu da birçok genel amaçlı fototransistörden çok daha hızlıdır ve hızlı modüle edilmiş sinyalleri tespit edebilir.
• PIN Yapısı:PIN fotodiyot yapısı, standart PN fotodiyotlara kıyasla daha geniş bir tükenim bölgesi sağlayarak daha düşük eklem kapasitansı (10pF) ve daha yüksek hız sunar.
• Optimize Edilmiş Spektrum:940nm'deki pik hassasiyeti, yaygın ve düşük maliyetli kızılötesi LED'lerin çıkışıyla tam olarak eşleşerek sistem verimliliğini maksimize eder.
• Standart Paketleme:3mm radyal paket, yaygın bir endüstriyel form faktörüdür, mevcut tasarımlara kolay entegrasyon sağlar ve standart PCB paketleriyle uyumludur.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

9.1 Fotovoltaik modda (sıfır öngerilim) ve fotokondüktif modda (ters öngerilim) çalışmak arasındaki fark nedir?

Fotovoltaik modda (V_R=0V), fotodiyot bir voltaj (V_OC) üretir. Bu modda karanlık akım sıfırdır, ancak tepki daha yavaştır ve doğrusallık daha düşüktür. PD204-6B/L3 özelliklerinde VOC=0.42V olarak listelenmiştir. Fotokondüktif modda (örneğin V_R=5V gibi bir ters ön gerilim uygulanır) harici bir voltaj uygulanır. Bu, eklem kapasitansını düşürür (böylece 10ns'lik tr/tf'de gösterildiği gibi daha hızlı tepki sağlar), doğrusallığı iyileştirir ve daha büyük aktif alana izin verir, ancak karanlık akımı (I_D) ortaya çıkarır. Bu cihaz için öngörülen yüksek hızlı uygulamalarda fotokondüktif modun kullanılması önerilir.

9.2 Fotoelektrik akım (I_L) nasıl ölçülebilir bir voltaja dönüştürülür?

En basit yöntem, bir yük direnci (R_L) seri bağlamaktır. Çıkış voltajı V_out = I_L * R_L'dir. Ancak, R_L arttıkça, RC zaman sabiti (diyot kapasitansı ile ilişkili) artar ve bu da tepki hızını yavaşlatır (tepki süresi-yük direnci ilişkisi eğrisinde gösterildiği gibi). Özellikle küçük akımlar ve hız gerektiren durumlarda optimum performans için, transimpedans amplifikatörü (TIA) tercih edilen devredir. Kararlı, düşük empedanslı bir çıkış voltajı (V_out = -I_L * R_f) sağlarken, fotodiyotu sanal toprakta tutarak kapasitans etkisini en aza indirir.

9.3 Karanlık akım neden önemlidir ve sıcaklık onu nasıl etkiler?

Karanlık akım (I_D), ışık olmadığında akan gürültü akımıdır. Tespit edilebilir ışığın alt sınırını belirler. Veri sayfası, 25°C'de maksimum 10nA olduğunu belirtir. Bu akım, yaklaşık olarak her 10°C sıcaklık artışında iki katına çıkar. Bu nedenle, yüksek sıcaklık ortamlarında veya çok zayıf ışık tespitinde, karanlık akım önemli bir gürültü kaynağı haline gelebilir ve devre tasarımında dikkate alınmalıdır (örneğin, sıcaklık kompanzasyonu veya senkron tespit teknikleri ile).

9.4 Bu sensör 940nm dışındaki ışık kaynakları için kullanılabilir mi?

Evet, kullanılabilir ancak hassasiyet düşecektir. Spektral tepki eğrisi, 760nm ile 1100nm aralığında önemli bir hassasiyete sahip olduğunu göstermektedir. Örneğin, 850nm LED'e tepki verecektir, ancak aynı ışık şiddetinde üreteceği fotoakım, 940nm ışık kaynağı kullanıldığındakinden daha düşük olacaktır. Hassas tasarım için, daima bağıl spektral hassasiyet eğrisine (tam versiyonu sağlanmışsa) başvurun veya istenen dalga boyundaki duyarlılığı hesaplayın.

10. Pratik Tasarım Vaka Analizleri

Tasarım Vakası: Güvenlik kapıları için kızılötesi ışın kesme sensörü.

Amaç:Görünmez bir kızılötesi ışının ne zaman kesildiğini tespit ederek bir güvenlik alarmını tetiklemek için güvenilir ve hızlı bir sensör oluşturmak.

Uygulama:

1. Verici:Ortam ışığından kaynaklanan parazite karşı direnç sağlamak ve ortalama güç tüketimini düşürmek için, bir 940nm kızılötesi LED, darbe akımı ile sürülür (örneğin, 38kHz'de 20mA darbe).
2. Alıcı:PD204-6B/L3, verici karşısına, 45° görüş açısı içinde hizalanacak şekilde yerleştirilir. 5V'da bir yük direnci üzerinden ters öngerilim uygulanır.
3. Sinyal İşleme:Fotodiyottan gelen küçük AC ışık akımı sinyali (DC karanlık akım üzerine bindirilmiş), 38 kHz'e ayarlanmış yüksek kazançlı bir bant geçiren amplifikatöre beslenir. Bu, DC ortam ışığını ve düşük frekanslı gürültüyü filtreler.
4. Tespit:Ardından, yükseltilen sinyal doğrultulur ve bir eşik değeriyle karşılaştırılır. Işın engellenmediğinde, güçlü bir 38kHz sinyali mevcuttur ve karşılaştırıcının çıkışı yüksek seviyededir. Bir cisim ışını engellediğinde sinyal kaybolur, bu da karşılaştırıcının düşük seviyeye geçmesine ve alarmın etkinleşmesine neden olur.

PD204-6B/L3 Neden Uygundur:10 ns'lik hızlı tepki süresi, 38 kHz modülasyonlu sinyalleri kolayca işler. 940 nm'deki yüksek hassasiyet, eşleşen bir kızılötesi LED'den gelen iyi bir sinyal-gürültü oranını sağlar. Düşük kapasitans, gerekli filtreleme elemanlarıyla bile devrenin hızlı tepki vermesini sağlar.

11. Çalışma Prensibi

PD204-6B/L3 gibi PIN fotodiyotlar, iç fotoelektrik etki prensibiyle çalışır. Cihaz yapısı, P-tipi ve N-tipi bölgeler arasında sıkıştırılmış geniş, hafif katkılı bir içsel (I) yarı iletken bölgeden oluşur. Yarı iletken bant aralığından daha yüksek enerjili fotonlar (örneğin, silikon için 940 nm'deki kızılötesi ışık) içsel bölgeye çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Diyot ters öngerilimli olduğunda, yük taşıyıcılarını ilgili terminallere doğru süpüren ve gelen ışık şiddetiyle orantılı bir fotoakım (I_L) üreten, içsel katman boyunca uzanan yükten arındırılmış bölgedeki (tükenim bölgesi) yerleşik elektrik alanı bu yük taşıyıcılarını hareket ettirir. Geniş içsel bölge kapasitansı düşürür ve daha büyük bir hacimde üretilen yük taşıyıcılarının verimli bir şekilde toplanmasına izin vererek hız ve hassasiyetin artmasına katkıda bulunur.

12. Sektör Eğilimleri ve Arka Plan

PD204-6B/L3 gibi fotodedektörler, büyüyen fotonik ve sensör alanının temel bileşenleridir. Bu tür cihazlara olan talebi yönlendiren mevcut eğilimler şunları içerir:

• Otomasyon ve Endüstri 4.0:İmalat sektöründe, konum, varlık ve kalite kontrolü için temasız sensörlerin kullanımı giderek artmaktadır.
• Tüketici Elektroniği:Cihazlara entegre edilerek yakınlık algılama (örneğin, telefon görüşmesi sırasında akıllı telefon ekranını kapatma), ekran parlaklığını kontrol etmek için ortam ışığı algılama ve hareket tanıma için kullanılır.
• Nesnelerin İnterneti (IoT):Akıllı ev cihazları, güvenlik sistemleri ve çevre izleme için düşük güç tüketimli, güvenilir sensörler.
• Teknolojik Gelişmeler:Genel eğilim, daha yüksek entegrasyon (örneğin, üzerinde yükseltici bulunan fotodiyotlar), daha küçük paketleme (yüzey montajlı cihazlar), daha düşük güç tüketimi ve belirli dalga boylarında (LiDAR, biyomedikal algılama ve optik iletişim uygulamaları gibi) gelişmiş performanstır. PD204-6B/L3 gibi cihazlar, ana kızılötesi algılama ihtiyaçlarını karşılayan olgun, güvenilir ve uygun maliyetli çözümleri temsil eder.

13. Sorumluluk Reddi ve Kullanım Talimatları

Veri sayfası sorumluluk reddinden kaynaklanan temel kullanım kılavuzları şunları içerir:

1. Özellikler önceden haber verilmeksizin değiştirilebilir. Lütfen tasarım yaparken en güncel resmi veri sayfasına başvurun.
2. Ürün, normal depolama koşullarında, sevk tarihinden itibaren 12 ay boyunca yayınlanan özelliklerine uygundur.
3. Karakteristik eğriler, garanti edilen minimum veya maksimum değerler değil, tipik performansı gösterir. Tasarımda uygun bir marj bırakılmalıdır.
4. Mutlak maksimum derecelendirmelere kesinlikle uyun. Bu sınırların ötesinde çalıştırma, anında veya potansiyel arızalara neden olabilir. Üretici, yanlış kullanımdan kaynaklanan hasarlardan hiçbir sorumluluk kabul etmez.
5. Bu bilgi özel mülkiyete aittir. İzinsiz kopyalanması yasaktır.
6. Bu bileşendeğildirTıbbi yaşam desteği, araç kontrolü, havacılık veya askeri sistemler gibi güvenlik açısından kritik uygulamalar için tasarlanmamış veya sertifikalandırılmamıştır. Bu tür uygulamalar için lütfen özel olarak sertifikalandırılmış ürünler için üretici ile iletişime geçin.