PD333-3B/L1 5mm Fotodiyot Veri Sayfası - 5mm Çap - 32V Ters Gerilim - Siyah Lens - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD333-3B/L1, standart 5mm çapında plastik paket içerisine alınmış, yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir silikon PIN fotodiyotudur. Temel işlevi, özellikle kızılötesi spektrumdaki gelen ışığı elektrik akımına dönüştürmektir. Cihaz, kızılötesi radyasyona karşı hassasiyetini artırırken görünür ışığa tepkisini en aza indiren siyah epoksi bir lense sahiptir. Bu özellik, yakın kızılötesi aralıkta algılama gerektiren uygulamalar için onu özellikle uygun kılar. Bu bileşenin temel avantajları, yüksek hızlı sinyal algılama için kritik öneme sahip olan hızlı tepki süresi, yüksek foto-hassasiyeti ve düşük eklem kapasitansıdır. Kurşunsuz (Pb-free) bir bileşen olarak tasarlanmıştır ve RoHS ve EU REACH gibi ilgili çevre düzenlemelerine uygundur.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, belirtilen limitler dahilinde güvenilir bir şekilde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu değerlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

• Ters Gerilim (V_R):32 V - Fotodiyot terminallerine uygulanabilecek maksimum ters öngerilim voltajı.
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr):-25°C ila +85°C - Normal çalışma için ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı (T_stg):-40°C ila +100°C - Çalışma dışı depolama için sıcaklık aralığı.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol):260°C - Lehimleme işlemleri sırasında cihazın dayanabileceği tepe sıcaklığı.
• Güç Dağılımı (P_c):150 mW - Cihazın 25°C veya altındaki ortam sıcaklığında dağıtabileceği maksimum güç.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, fotodiyotun standart test koşulları (Ta=25°C) altındaki performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ_0.5):840 nm ila 1100 nm - Duyarlılığın tepe değerinin en az yarısı olduğu dalga boyu aralığı.
• Tepe Duyarlılık Dalga Boyu (λ_P):940 nm (Tipik) - Fotodiyotun en hassas olduğu ışık dalga boyu.
• Açık Devre Gerilimi (V_OC):0.44 V (Tipik) - Aydınlatıldığında açık terminaller arasında oluşan gerilim (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• Kısa Devre Akımı (I_SC):10 µA (Tipik) - Terminaller kısa devre yapıldığında ve aydınlatma altında akan akım (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• Ters Işık Akımı (I_L):Min. 15 µA - Ters öngerilim altında üretilen fotoakım (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). Bu, sinyal algılama için kilit bir parametredir.
• Ters Karanlık Akımı (I_D):Maks. 30 nA - Tam karanlıkta ve ters öngerilim altında akan küçük kaçak akım (V_R=10V). Daha iyi sinyal-gürültü oranı için daha düşük bir değer tercih edilir.
• Ters Çökme Gerilimi (V_BR):Min. 32 V, Tipik. 170 V - Eklemin çöküp akımın keskin bir şekilde arttığı ters gerilim.
• Toplam Kapasitans (C_t):6.0 pF (Tipik) - Ters öngerilim altındaki eklem kapasitansı (V_R=5V, f=1MHz). Düşük kapasitans, yüksek hızlı çalışma için çok önemlidir.
• Yükselme/Düşme Süresi (t_r/t_f):10 ns (Tipik) - Çıkış sinyalinin son değerinin %10'undan %90'ına yükselmesi (veya %90'ından %10'una düşmesi) için gereken süre (V_R=10V, R_L=100Ω). Bu, maksimum anahtarlama hızını tanımlar.

3. Sınıflandırma (Binning) Sistemi Açıklaması

PD333-3B/L1, belirli test koşulları altındaki Ters Işık Akımı (I_L) performansına göre farklı sınıflara ayrılır (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V). Bu, tasarımcıların uygulamaları için tutarlı performansa sahip bileşenleri seçmelerine olanak tanır.

Veri sayfası ayrıca standart toleransları da belirtir: Işık Şiddeti ±%10, Baskın Dalga Boyu ±1nm ve İleri Gerilim ±0.1V, ancak son ikisi bu fotodiyottan ziyade LED'ler için daha alakalıdır.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli karakteristik eğriler içerir. Bunlar devre tasarımı ve performans tahmini için gereklidir.

4.1 Spektral Duyarlılık

Spektral tepki eğrisi, cihazın farklı dalga boylarındaki göreceli duyarlılığını gösterir. 940 nm'de (kızılötesi) tepe yapar ve yaklaşık 840 nm'den 1100 nm'ye kadar önemli bir tepkisi vardır. Bu, uzaktan kumandalar ve yakınlık sensörleri gibi IR tabanlı sistemler için uygunluğunu doğrular.

4.2 Sıcaklık Bağımlılığı

Ters Karanlık Akımı ile Ortam Sıcaklığı ve Güç Dağılımı ile Ortam Sıcaklığı arasındaki ilişkiyi gösteren eğriler sağlanmıştır. Karanlık akım tipik olarak sıcaklıkla artar, bu da hassas uygulamalarda gürültü tabanını etkileyebilir. Güç azaltma eğrisi, ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerine çıktıkça izin verilen maksimum güç dağılımının nasıl azaldığını gösterir.

4.3 Elektriksel Karakteristikler

Anahtar grafikler şunları içerir:

• Ters Işık Akımı vs. Işınım (E_e):Üretilen fotoakım ile gelen ışık güç yoğunluğu arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir; bu fotodiyotların temel bir özelliğidir.
• Terminal Kapasitansı vs. Ters Gerilim:Eklem kapasitansının artan ters öngerilim voltajı ile nasıl azaldığını gösterir. Daha yüksek bir ters gerilimde (limitler dahilinde) çalışmak, kapasitansı azaltarak hızı artırabilir.
• Tepki Süresi vs. Yük Direnci:Yükselme/düşme süresinin devredeki yük direnci (R_L) tarafından nasıl etkilendiğini gösterir. Daha küçük bir R_L genellikle daha hızlı tepkiye yol açar ancak daha küçük bir çıkış gerilim salınımına neden olur.

5. Mekanik ve Paket Bilgileri

Cihaz, standart 5mm çapında yuvarlak plastik paket kullanır. Paket boyut çizimi, PCB ayak izi tasarımı ve mekanik entegrasyon için kritik ölçümleri sağlar. Anahtar boyutlar arasında toplam çap (5mm), bacak aralığı ve bileşen yüksekliği bulunur. Çizim, aksi belirtilmedikçe ±0.25mm genel tolerans belirtir. Paket, elektriksel bağlantı için iki eksenel bacağa sahiptir. Siyah epoksi gövde, lens ve IR filtre görevi görür. Doğru polarite tanımlaması, veri sayfasının terminal diyagramına dayanmalıdır; tipik olarak katot, daha uzun bir bacak, paket üzerinde düz bir nokta veya özel bir işaretle belirtilir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Bileşen, maksimum 260°C lehimleme sıcaklığına sahiptir. Kurşunsuz işlemler için standart reflow veya dalga lehimleme profilleri kullanılabilir; termal hasarı önlemek için tepe sıcaklığı ve sıvı faz üzerindeki sürenin kontrol edilmesi gerekir. El lehimlemesi, sıcaklık kontrollü bir havya ile hızlı bir şekilde yapılmalıdır. Nem emilimini (patlamayı) önlemek için bileşenlerin kuru bir ortamda saklanması önerilir.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

Standart paketleme spesifikasyonu, torba başına 500 adet, kutu başına 5 torba ve koli başına 10 kutudur; koli başına toplam 25.000 adet. Paketleme üzerindeki etiket, Müşteri Ürün Numarası (CPN), Ürün Numarası (P/N), Paketleme Miktarı (QTY) ve ilgili performans sınıfları (şiddet için CAT vb.) alanlarının yanı sıra izlenebilirlik için Parti Numarası ve tarih kodlamasını içerir.

8. Uygulama Önerileri

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Yüksek Hızlı Foto Algılama:10ns tepki süresi sayesinde fiber optik üzerinden veri iletimi, barkod tarayıcılar ve optik kodlayıcılar için uygundur.
• Güvenlik Sistemleri:İzinsiz giriş algılama ışınlarında, duman dedektörlerinde veya IR tabanlı güvenlik iletişimi için alıcı olarak kullanılabilir.
• Kamera Uygulamaları:Işık ölçümü, otomatik odaklama yardım sistemleri veya IR kesme filtresi monitörü olarak kullanışlıdır.
• Endüstriyel Algılama:Otomatik ekipmanlarda nesne algılama, sayma ve konum algılama.

8.2 Tasarım Hususları

• Öngerilim Devresi:Fotodiyot, düşük gürültülü uygulamalar için fotovoltaik (sıfır öngerilim) modda veya daha yüksek hız ve doğrusallık için fotokondüktif (ters öngerilim) modda kullanılabilir. 32V maksimum ters gerilim, geniş bir öngerilim seçimi yelpazesi sağlar.
• Yükseltme:Çıkış akımı küçüktür (mikroamper), bu nedenle akımı kullanılabilir bir voltaj sinyaline dönüştürmek için neredeyse her zaman bir transempedans amplifikatörü (TIA) gereklidir.
• Gürültü:Hassas uygulamalar için karanlık akımı ve sıcaklık bağımlılığını göz önünde bulundurun. Elektriksel gürültünün alınmasını en aza indirmek için ekranlama ve dikkatli PCB yerleşimi gereklidir.
• Optik Filtreleme:Siyah epoksi bir miktar filtreleme sağlar, ancak belirli dalga boyu seçimi için ek bir bant geçiren optik filtre gerekebilir.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Genel fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, PD333-3B/L1, yaygın 5mm paketinde hız (10ns), hassasiyet (belirtilen koşullarda min 15µA) ve sağlam 32V ters gerilim derecesinin dengeli bir kombinasyonunu sunar. Silikon yapısı ve PIN yapısı, yakın-IR uygulamaları için maliyet, hız ve hassasiyet arasında iyi bir denge sağlar. Alternatifler, alan kısıtlı tasarımlar için daha küçük paketli fotodiyotlar, farklı spektral tepkileri olanlar (örn. görünür ışık) veya dahili kazanç gerektiren uygulamalar için çığ fotodiyotları (APD) içerebilir, ancak APD'ler daha karmaşık ve pahalıdır.

10. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Fotovoltaik ve fotokondüktif mod arasındaki fark nedir?

C: Fotovoltaik modda (sıfır öngerilim), fotodiyot kendi voltajını/akımını üretir, çok düşük karanlık akımı ve gürültü sunar. Fotokondüktif modda (ters öngerilim), harici bir voltaj uygulanır; bu, eklem kapasitansını azaltır (hızı artırır) ve doğrusallığı iyileştirir, ancak biraz daha yüksek karanlık akımı pahasına.

S: Doğru sınıfı nasıl seçerim?

C: Uygulamanız için gerekli minimum sinyal akımına göre bir sınıf seçin. Daha yüksek bir sınıf kullanmak daha güçlü bir sinyal sağlar ancak maliyet etkileri olabilir. Üretimde tutarlılık için tek bir sınıf belirtin.

S: Bu fotodiyot görünür ışık algılama için kullanılabilir mi?

C: Görünür kırmızı spektrumda bir miktar tepkisi olsa da, tepe noktası 940nm'dedir (IR) ve siyah epoksi görünür ışığı zayıflatır. Birincil görünür ışık algılama için, şeffaf veya renge özel lensli ve görünür aralıkta tepe dalga boyuna sahip bir fotodiyot daha uygun olacaktır.

S: Hangi değerde yük direnci (R_L) kullanmalıyım?

C: Gereken hız ve sinyal seviyesine bağlıdır. Daha küçük bir R_L(örn., 50Ω) daha hızlı tepki verir ancak daha küçük bir voltaj çıkışı sağlar (Vçıkış = I_ph* R_L). Daha büyük bir R_L diyot kapasitansı ile oluşan RC zaman sabiti nedeniyle daha büyük bir voltaj ancak daha yavaş tepki verir. "Tepki Süresi vs. Yük Direnci" eğrisine bakın.

11. Pratik Tasarım Örneği

Örnek: Basit Nesne Algılama Sensörü

Yaygın bir kullanım, ışın kesme sensörüdür. 940nm'de yayan bir IR LED, PD333-3B/L1 fotodiyotunun karşısına yerleştirilir. Fotodiyot, bir yük direnci (örn., 10kΩ) üzerinden 5V ters öngerilim ile fotokondüktif modda çalıştırılır. Normal koşullarda, IR ışığı diyota çarpar, bir fotoakım üretir ve direnç üzerinde bir voltaj düşüşü oluşturur. Bir nesne ışını kırdığında, fotoakım önemli ölçüde düşer ve direnç üzerindeki voltajda büyük bir değişikliğe neden olur. Bu voltaj sinyali, bir mikrodenetleyici için dijital bir kesme oluşturmak üzere bir karşılaştırıcıya beslenebilir. 10ns tepki süresi, bu uygulama için gerekenden çok daha hızlıdır, ancak yüksek hassasiyet, daha zayıf IR kaynakları veya daha uzun mesafelerde bile güvenilir çalışmayı sağlar.

12. Çalışma Prensibi

Bir PIN fotodiyotu, P-tipi ve N-tipi bölgeler arasına sıkıştırılmış bir içsel (I) bölgeye sahip bir yarı iletken cihazdır. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonlar cihaza çarptığında, içsel bölgede elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Dahili yerleşik potansiyelin (fotovoltaik mod) veya uygulanan ters öngerilimin (fotokondüktif mod) etkisi altında, bu yük taşıyıcıları ayrılır ve gelen ışık şiddetiyle orantılı ölçülebilir bir fotoakım oluşturur. PIN yapısındaki geniş içsel bölge, standart bir PN fotodiyotuna kıyasla eklem kapasitansını azaltarak daha yüksek hızlı çalışmayı mümkün kılar.

13. Sektör Trendleri

Fotodiyotlara olan talep, tüketici elektroniği (akıllı telefon sensörleri, giyilebilirler), otomotiv (LiDAR, sürücü izleme), endüstriyel otomasyon ve iletişim (veri merkezleri) gibi alanlarda büyümeye devam etmektedir. Trendler arasında çip ölçeğinde paketlere daha fazla küçültme, yonga üzeri yükseltme ve sinyal işleme devreleri ile entegrasyon, yeni dalga boyu aralıkları (örn. kısa dalga kızılötesi) için fotodiyot geliştirme ve yeni teknolojilerin gereksinimlerini karşılamak için daha düşük gürültü ve daha yüksek hız gibi performans parametrelerinin iyileştirilmesi yer alır.