5mm Fotodiyot PD333-3C/H0/L2 Veri Sayfası - 5mm Çap - 32V Ters Gerilim - 940nm Tepe Duyarlılığı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD333-3C/H0/L2, standart 5mm çapında plastik paket içerisinde yer alan, yüksek hızlı ve yüksek duyarlıklı bir silikon PIN fotodiyottur. Bu cihaz, küçük eklem kapasitesi ve hızlı tepki süresi avantajlarından yararlanarak hızlı optik algılama gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Mercek malzemesi olarak su berraklığında epoksinin kullanılması, görünür ve kızılötesi radyasyon da dahil olmak üzere geniş bir spektruma duyarlı olmasını sağlar ve özellikle yakın kızılötesi bölgede tepe duyarlılığına sahiptir. Birincil tasarım hedefleri, kompakt ve uygun maliyetli algılama çözümlerinde güvenilir performans sağlamaktır.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve optik parametrelerin nesnel bir analizini sunar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, kalıcı hasar riski olmadan uygulanabilecek ön gerilimin üst sınırını tanımlayan maksimum 32V ters gerilim (VR) için derecelendirilmiştir. Çalışma sıcaklığı aralığı (Topr) -25°C ile +85°C arasındadır ve bu da çoğu ticari ve endüstriyel ortam için uygundur. Depolama, -40°C ile +100°C arasında daha geniş bir aralıkta gerçekleştirilebilir. Lehimleme sıcaklığı (Tsol) 260°C olarak belirtilmiştir; bu, kurşunsuz reflow işlemleri için standart bir tepe sıcaklığıdır. Güç dağılımı (Pc), 25°C veya altındaki ortam sıcaklığında 150 mW'dır ve bu parametre, uygulama devresindeki termal yönetim için çok önemlidir.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Spektral tepki geniştir, 400 nm'den 1100 nm'ye kadar bir bant genişliği (λ0.5) kapsar ve tipik tepe duyarlılık dalga boyu (λP) 940 nm'dedir. Bu, onu 850nm veya 940nm IR LED'ler kullananlar gibi kızılötesi algılama uygulamaları için ideal kılar. Temel duyarlılık parametreleri, 940nm'de 1 mW/cm² ışınım (Ee) altında ölçülen tipik 0.39V açık devre gerilimi (VOC) ve 40 μA kısa devre akımını (ISC) içerir. 5V ters ön gerilim altında, aynı ışınım koşulunda tipik ters ışık akımı (IL) 40 μA'dır. Düşük ışık performansı için kritik bir parametre olan ters karanlık akım (ID), VR=10V'da tipik olarak 5 nA, maksimum 30 nA'dır. Toplam eklem kapasitesi (Ct), VR=5V ve 1 MHz'de tipik olarak 18 pF'dır ve bu, cihazın hızını doğrudan etkiler. Yükselme ve düşme süreleri (tr/tf), VR=10V ve 100Ω yük direnci (RL) ile ölçüldüğünde tipik olarak her biri 45 ns'dir ve bu da yüksek hız kapasitesini doğrular. Görüş açısı (2θ1/2) 80 derecedir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametrelerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini gösteren birkaç tipik performans eğrisi içerir. Bu eğriler, tasarım mühendislerinin gerçek dünya performansını tahmin etmesi için gereklidir.

3.1 Spektral Duyarlılık

Spektral duyarlılık eğrisi, fotodiyodun yaklaşık 400 nm'den 1100 nm'ye kadar olan dalga boylarındaki göreceli duyarlılığını gösterir. Eğri, 940 nm civarında keskin bir şekilde tepe yapar ve yakın kızılötesi ışık için optimize edildiğini doğrular. Derin görünür bölgede ve 1100 nm'nin ötesinde duyarlılık önemli ölçüde düşer.

3.2 Sıcaklık Bağımlılığı

İki eğri sıcaklık etkilerini vurgular: Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı İlişkisi ve Ters Karanlık Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisi. Güç dağılımı düşürme eğrisi, ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerine çıktıkça izin verilen maksimum gücün nasıl azaldığını gösterir. Karanlık akım eğrisi, ID'nin sıcaklıkla üstel olarak arttığını gösterir; bu, yarı iletken eklemlerin yaygın bir özelliğidir. Bu, yükseltilmiş sıcaklıklarda çalışan uygulamalar için kritiktir, çünkü artan karanlık akım gürültü tabanını yükseltir.

3.3 Doğrusallık ve Dinamik Tepki

Ters Işık Akımı - Ee eğrisi, fotodiyodun doğrusallığını gösterir. Belirli bir ışınım aralığında, fotoakım (IL) gelen optik güçle doğrusal olarak artmalıdır. Tepki Süresi - Yük Direnci eğrisi, yükselme/düşme sürelerinin (tr/tf) daha yüksek yük direnci (RL) ile nasıl arttığını gösterir. Yüksek hızlı uygulamalar için, düşük değerli bir yük direnci (şartnamede kullanılan 100Ω gibi) gereklidir, ancak bu daha küçük bir çıkış gerilimi salınımı üretir.

3.4 Kapasite - Gerilim İlişkisi

Terminal Kapasitesi - Ters Gerilim eğrisi, eklem kapasitesinin (Ct) ters ön gerilim arttıkça azaldığını gösterir. Bunun nedeni, tükenim bölgesinin genişlemesidir. Bu nedenle, daha yüksek bir ters ön gerilim uygulamak (sınırlar dahilinde), kapasiteyi azaltarak hızı artırabilir, ancak potansiyel olarak daha yüksek karanlık akım pahasına.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

Cihaz, standart radyal bacaklı 5mm (T-1 3/4) paket kullanır. Detaylı boyut çizimi, çapı, bacak aralığını, bacak uzunluğunu ve mercek şeklini belirtir. Önemli bir not, aksi belirtilmedikçe boyutsal toleransların ±0.25mm olduğunu belirtir. Anot ve katot tanımlanmıştır; genellikle daha uzun bacak anottur (fotovoltaik modda pozitif taraf).

4.2 Polarite Tanımlama

Polarite, bacak uzunluğu ile gösterilir. Daha uzun bacak anottur (P-tarafı), daha kısa bacak ise katottur (N-tarafı). Fotokondüktif modda (ters ön gerilimli) çalıştırıldığında, katot pozitif besleme gerilimine bağlanmalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer 260°C'dir. Bu, yaygın kurşunsuz reflow profilleri ile uyumludur. El lehimlemesi sırasında, plastik pakete ve epoksi merceğe zarar gelmesini önlemek için ısıya maruz kalma süresini en aza indirmeye dikkat edilmelidir. Cihaz, belirtilen depolama sıcaklığı aralığı (-40°C ile +100°C) içindeki koşullarda ve nem emilimini önlemek için kuru bir ortamda saklanmalıdır; aksi takdirde reflow sırasında güvenilirliği etkilenebilir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Paketleme Şartnamesi

Standart paketleme yöntemi şu şekildedir: Torba başına 200-500 adet, iç karton başına 5 torba ve ana (dış) karton başına 10 iç karton.

6.2 Etiket Şartnamesi

Paketleme üzerindeki etiket birkaç alan içerir: CPN (Müşteri Ürün Numarası), P/N (Ürün Numarası), QTY (Paketleme Miktarı), LOT No. (İzlenebilirlik için Parti Numarası) ve tarih kodları. Bu, envanter yönetimini ve izlenebilirliği kolaylaştırır.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

Veri sayfasında şunlar listelenmiştir: Yüksek hızlı foto algılama, Güvenlik sistemleri ve Kameralar. Özellikle, bu fotodiyot şunlar için uygundur:

• Kızılötesi Uzaktan Kumanda Alıcıları:Bir 940nm IR LED ve bir demodülasyon IC'si ile eşleştirilerek.
• Optik Kodlayıcılar:Yazıcılar, motorlar veya endüstriyel ekipmanlarda hız ve konum algılama için.
• Ortam Işığı Algılama (ALS):Cihazlarda ekran arka ışık kontrolü için, ancak IR duyarlılığı doğru görünür ışık ölçümü için filtreleme gerektirebilir.
• Basit Nesne Algılama:Yakınlık algılama veya kırık ışın sensörleri için bir IR ışık kaynağı ile birlikte.
• Pulse Oksimetre (tıbbi cihazlarda, uygun niteliklerle):Kırmızı ve IR ışığı algılama, ancak tıbbi sertifikasyon gereklidir.

7.2 Tasarım Hususları

Ön Gerilim Konfigürasyonu:Yüksek hız veya doğrusal tepki için, fotodiyotu fotokondüktif modda (ters ön gerilimli) kullanın. Fotoakımı gerilime dönüştürmek için yaygın olarak bir transempedans amplifikatörü (TIA) devresi kullanılır. TIA'daki geri besleme direnci ve kapasitör, istenen bant genişliğine ve fotodiyodun kapasitesine (tipik 18 pF) göre seçilmelidir.

Gürültü Minimizasyonu:Fotodiyot bacaklarını kısa tutun ve parazitik kapasiteyi ve elektromanyetik girişim alımını en aza indirmek için korumalı bir yerleşim kullanın. Düşük ışık uygulamaları için, karanlık akım gürültüsünü azaltmak amacıyla cihazı soğutmayı düşünün.

Optik Hususlar:Su berraklığındaki mercek, görünür ve IR ışığı geçirir. Sadece IR algılama isteniyorsa, görünür ışığı bloke etmek ve ortamdaki görünür kaynaklardan gelen gürültüyü azaltmak için bir IR-geçiren filtre eklenebilir. 80 derecelik görüş açısı geniş bir görüş alanı sağlar; gerekirse optik diyaframlar veya mercekler kullanılarak daraltılabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart bir PN fotodiyotla karşılaştırıldığında, PD333-3C/H0/L2 gibi bir PIN fotodiyot, P ve N katmanları arasında bir içsel (I) bölgeye sahiptir. Bu içsel bölge, daha büyük bir tükenim alanı oluşturur ve bu da iki temel avantaj sağlar:1) Daha Düşük Eklem Kapasitesi:18 pF kapasite, 5mm'lik bir cihaz için nispeten düşüktür ve daha hızlı tepki süreleri sağlar.2) Geliştirilmiş Doğrusallık:Daha geniş tükenim bölgesi, daha geniş bir ön gerilim ve ışık yoğunluğu aralığında daha verimli yük taşıyıcı toplamaya olanak tanır. Fototransistörlerle karşılaştırıldığında, fotodiyotlar genellikle daha hızlıdır ve daha doğrusal bir çıkışa sahiptir, ancak çok daha küçük bir akım sinyali üretirler ve bu da daha sofistike bir amplifikasyon gerektirir.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

9.1 Kısa devre akımı (ISC) ile ters ışık akımı (IL) arasındaki fark nedir?

ISC, diyot üzerinde sıfır ön gerilimle (fotovoltaik mod) ölçülürken, IL belirli bir ters ön gerilim altında (fotokondüktif mod) ölçülür. IL tipik olarak ISC'ye çok yakındır, ancak tam olarak aynı değildir. Veri sayfası, aynı test koşullarında her ikisinin de tipik 40 μA olduğunu göstermektedir.

9.2 Karanlık akım neden önemlidir?

Karanlık akım, hiç ışık olmadığında bile akan küçük akımdır. Sensörün gürültü tabanını belirler. Düşük ışık uygulamalarında, iyi bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için düşük bir karanlık akım (burada tipik 5 nA) esastır.

9.3 Uygulamam için yük direncini (RL) nasıl seçmeliyim?

Seçim, hız ve çıkış genliği arasında bir denge içerir. Küçük bir RL (örn. 50Ω) hızlı tepki verir (tr/tf - RL eğrisine bakın) ancak küçük bir çıkış gerilimi (Vout = IL * RL) üretir. Büyük bir RL, fotodiyot kapasitesi ve RL tarafından oluşturulan RC zaman sabiti nedeniyle daha büyük bir gerilim ancak daha yavaş tepki verir. Dijital darbe algılama için genellikle hız önceliklidir.

9.4 Bunu kırmızı LED gibi görünür bir ışık kaynağı ile kullanabilir miyim?

Evet, spektral tepki eğrisi 400 nm'ye kadar önemli bir duyarlılık gösterir. Ancak, 650 nm'deki (kırmızı) duyarlılığı, 940 nm'deki tepe noktasından daha düşük olacaktır. Aynı optik güce sahip bir IR kaynağı kullanmaya kıyasla daha küçük bir sinyal alırsınız.

10. Tasarım ve Kullanım Vaka Çalışması

Vaka: Kızılötesi Veri Bağlantısı Alıcısı Tasarımı.Bir tasarımcı, 38 kHz'de (yaygın bir uzaktan kumanda frekansı) 940nm IR LED'den modüle edilmiş veri almak istemektedir. 940nm'deki yüksek duyarlılığı ve hızlı tepkisi (38 kHz için fazlasıyla yeterli olan 45 ns yükselme süresi) nedeniyle PD333-3C/H0/L2'yi seçer. Fotodiyot 5V'da ters ön gerilimlidir. Çıkış, özel bir IR alıcı IC'sine (bir TIA, 38 kHz'e ayarlanmış bant geçiren filtre ve demodülatör içerir) bağlanır. Tasarımcı, fotodiyotu IC'nin giriş pinine yakın yerleştirir, kısa izler kullanır ve gürültüyü en aza indirmek için ön gerilim kaynağının yakınına küçük bir dekuplaj kapasitörü ekler. Fotodiyotun önüne, görünür ışığı bloke etmek ve 100/120 Hz'de titreşebilen floresan lambalardan gelen girişimi azaltmak için IR-geçirgen bir pencere yerleştirilir.

11. Çalışma Prensibi

Bir PIN fotodiyot, ışığı elektrik akımına dönüştüren bir yarı iletken cihazdır. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonlar cihaza çarptığında, içsel bölgede elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Yerleşik elektrik alanının (fotovoltaik modda) veya uygulanan bir ters ön gerilimin (fotokondüktif modda) etkisi altında, bu yük taşıyıcıları ayrılır ve gelen optik güçle orantılı ölçülebilir bir fotoakım oluşturur. "I" (içsel) katman anahtardır: hafifçe katkılanmıştır, kapasiteyi azaltarak daha yüksek hız sağlayan ve foton emilimi için daha büyük bir hacim sağlayarak kuantum verimliliğini artıran geniş bir tükenim bölgesi oluşturur.

12. Teknoloji Trendleri

Fotodiyot teknolojisindeki genel eğilim, daha yüksek entegrasyon, daha düşük gürültü ve daha büyük uygulama özgüllüğü yönündedir. Bu, çip üzeri amplifikasyonlu (entegre fotodiyot-amplifikatör kombinasyonları) fotodiyotların geliştirilmesini, görüntüleme veya çok kanallı algılama için dizileri ve özelleştirilmiş spektral tepkileri veya dahili optik filtreleri olan cihazları içerir. Ayrıca, genişletilmiş kızılötesi aralık algılama için silikon ötesi malzemelere (InGaAs gibi) yönelik devam eden araştırmalar vardır. 5mm PIN fotodiyot gibi standart ticari bileşenler için odak noktası, hız ve duyarlılık gibi temel performans metriklerini korurken maliyet azaltma, güvenilirlik iyileştirme ve daha sıkı parametre dağılımları elde etmeye devam etmektedir.