4.8mm Yarı-Mercekli Silikon PIN Fotodiyot PD438B Veri Sayfası - 4.8mm Çap - Siyah Mercek - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD438B, kızılötesi ışığa karşı hızlı tepki ve yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalar için tasarlanmış yüksek performanslı bir silikon PIN fotodiyotudur. 4.8mm çapında, kompakt, silindirik, yandan görünümlü plastik bir pakette bulunur. Bu cihazın temel bir özelliği, entegre bir kızılötesi (IR) filtre görevi görecek şekilde formüle edilmiş epoksi paketidir. Bu dahili filtre, spektral olarak yaygın IR yayıcılarla eşleşir; hedef IR dalga boyunu seçici olarak geçirirken istenmeyen görünür ışığı zayıflatarak sinyal-gürültü oranını artırır.

PD438B'nin temel avantajları arasında hızlı tepki süreleri, yüksek fotoduyarlılık ve düşük eklem kapasitansı bulunur; bu da onu yüksek hızlı algılama devreleri için uygun kılar. Cihaz, kurşunsuz (Pb-free) malzemeler kullanılarak üretilmiştir ve RoHS ve EU REACH gibi ilgili çevre düzenlemelerine uygun olup, modern elektronik üretim için uygunluğunu garanti eder.

Bu fotodiyotun birincil hedef pazarları ve uygulamaları tüketici elektroniği ve endüstriyel algılamadır. Kameralar, VCR'lar ve video kameralar gibi sistemlerde yüksek hızlı foto dedektör olarak kullanıma idealdir. Özellikleri aynı zamanda, IR sinyallerinin hassas algılanmasının kritik olduğu çeşitli optoelektronik anahtarlar ve algılama modüllerinde güvenilir bir bileşen olmasını sağlar.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, belirtilen çevresel ve elektriksel limitler dahilinde güvenilir bir şekilde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu Mutlak Maksimum Değerlerin aşılması kalıcı hasara neden olabilir.

• Ters Gerilim (VR):32 V. Bu, fotodiyot terminalleri arasında ters öngerilim olarak uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
• Güç Dağılımı (Pd):150 mW. Bu değer, cihazın başlıca öngerilim altındaki ters kaçak akımdan kaynaklanan toplam gücü kaldırabilme kapasitesini gösterir.
• Çalışma Sıcaklığı (Topr):-40°C ila +85°C. Fotodiyotun normal çalışma sırasında garanti edilen performans aralığıdır.
• Depolama Sıcaklığı (Tstg):-40°C ila +100°C. Cihazın güç verilmediği durumlarda güvenli sıcaklık aralığıdır.
• Lehimleme Sıcaklığı (Tsol):Maksimum 5 saniye süreyle 260°C. Bu, paket hasarını önlemek için yeniden akış lehimleme profil kısıtlamalarını tanımlar.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

25°C standart sıcaklıkta ölçülen bu parametreler, PD438B'nin temel foto algılama performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ0.5):400 nm ila 1100 nm. Bu, fotodiyotun duyarlılığının tepe değerinin en az yarısı olduğu dalga boyu aralığını tanımlar. Görünür mavi ışıktan yakın kızılötesine kadar duyarlılığı doğrular.
• Tepe Duyarlılık Dalga Boyu (λp):940 nm (Tipik). Fotodiyot bu dalga boyunda kızılötesi ışığa en duyarlıdır; bu, birçok IR LED ve uzaktan kumanda sistemi için standarttır.
• Açık Devre Gerilimi (VOC):940nm'de 5 mW/cm² ışınım (Ee) altında 0.35 V (Tipik). Bu, fotodiyotun belirtilen ışık koşullarında fotovoltaik modda (harici öngerilimsiz) ürettiği gerilimdir.
• Kısa Devre Akımı (ISC):940nm'de 1 mW/cm² altında 18 µA (Tipik). Bu, diyot terminalleri kısa devre edildiğinde üretilen fotoakımdır ve belirli bir ışık seviyesi için maksimum akım çıkışını temsil eder.
• Ters Işık Akımı (IL):940nm'de 1 mW/cm² altında VR=5V'de 18 µA (Tipik). Bu, diyot ters öngerilimliyken ölçülen fotoakımdır ve yüksek hız ve doğrusal tepki için standart çalışma modudur.
• Karanlık Akım (Id):Tam karanlıkta VR=10V'de 5 nA (Tipik), 30 nA (Maks). Bu, hiç ışık olmadığında bile akan küçük kaçak akımdır. Düşük karanlık akımı, zayıf ışık sinyallerini algılamak için çok önemlidir.
• Ters Kırılma Gerilimi (BVR):170 V (Tipik), 32 V (Min). Ters akımın keskin bir şekilde arttığı gerilimdir. Çalışma ters gerilimi her zaman bu değerin çok altında tutulmalıdır.
• Toplam Kapasitans (Ct):VR=3V ve 1 MHz'de 25 pF (Tipik). Bu eklem kapasitansı, cihazın hızını doğrudan etkiler; daha düşük bir kapasitans daha hızlı tepki süreleri sağlar.
• Yükselme/Düşme Süresi (tr/tf):VR=10V ve 1 kΩ yük direnci (RL) ile 50 ns / 50 ns (Tipik). Bu parametreler, fotodiyotun çıkış akımının bir ışık darbesine tepki olarak ne kadar hızlı değişebileceğini belirtir ve yüksek hız yeteneğini tanımlar.

Anahtar parametreler için toleranslar belirtilmiştir: Işık Şiddeti (±%10), Baskın Dalga Boyu (±1nm) ve İleri Gerilim (±0.1V); bu da üretim partilerinde tutarlılığı sağlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, anahtar parametrelerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini gösteren çeşitli karakteristik eğriler sağlar. Bunlar devre tasarımcıları için çok önemlidir.

3.1 Spektral Duyarlılık

Spektral tepki eğrisi, fotodiyotun farklı dalga boylarındaki göreceli duyarlılığını gösterir. Entegre IR filtreli epoksi nedeniyle 940 nm civarında keskin bir tepe yapacak ve görünür spektrumda (400-700 nm) duyarlılık önemli ölçüde azalacaktır. Bu eğri, dedektörün yayıcının dalga boyuyla eşleştiğinden emin olmak için kritiktir.

3.2 Karanlık Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Bu eğri tipik olarak, ortam sıcaklığı arttıkça karanlık akımın (Id) üstel olarak arttığını gösterir. Tasarımcılar, yüksek sıcaklık uygulamalarında veya çok düşük ışık sinyalleri algılarken bu artan gürültü tabanını hesaba katmalıdır.

3.3 Ters Işık Akımı - Işınım (Ee) İlişkisi

Bu grafik, diyot ters öngerilimliyken gelen ışık gücü (ışınım) ile üretilen fotoakım (IL) arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir. Doğrusallık, PIN fotodiyotlarının temel bir özelliğidir ve onları ışık ölçüm uygulamaları için uygun kılar.

3.4 Terminal Kapasitansı - Ters Gerilim İlişkisi

Eklem kapasitansı (Ct), ters öngerilim gerilimi (VR) arttıkça azalır. Bu eğri, tasarımcıların hız (daha yüksek gerilimde daha düşük kapasitans) ve güç tüketimi/ısı arasındaki dengeyi optimize eden bir çalışma öngerilim gerilimi seçmesine olanak tanır.

3.5 Tepki Süresi - Yük Direnci İlişkisi

Yükselme/düşme süresi (tr/tf), fotodiyotun eklem kapasitansı ve harici yük direnci (RL) tarafından oluşturulan RC zaman sabitinden etkilenir. Bu eğri, tepki süresinin daha büyük yük dirençleriyle nasıl arttığını gösterir ve transempedans amplifikatör devrelerinde istenen hız için RL seçimine rehberlik eder.

3.6 Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Bu güç azaltma eğrisi, ortam sıcaklığının bir fonksiyonu olarak izin verilen maksimum güç dağılımını gösterir. Sıcaklık arttıkça, cihazın kaldırabileceği maksimum güvenli güç doğrusal olarak azalır; bu, sistem tasarımında termal yönetim için hayati önem taşır.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

PD438B, nominal çapı 4.8mm olan silindirik, yandan görünümlü bir pakette bulunur. Veri sayfasındaki detaylı mekanik çizim, gövde çapı, uzunluk, bacak aralığı ve bacak çapı dahil tüm kritik boyutları sağlar. Aksi belirtilmedikçe, tüm paket boyutları için standart ±0.25mm toleransı uygulanır. Yandan görünümlü konfigürasyon, ışık yolunun PCB yüzeyine paralel olduğu uygulamalar için tasarlanmıştır.

4.2 Polarite Tanımlama

Fotodiyot polariteye sahip bir bileşendir. Katot tipik olarak daha uzun bir bacak, paket üzerinde düz bir nokta veya özel bir işaretle tanımlanır. Veri sayfasının paket diyagramı, anot ve katot bağlantılarını açıkça gösterir; bu bağlantılar, montaj sırasında doğru öngerilimi sağlamak için (normal çalışma için ters öngerilim) dikkate alınmalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Montaj sürecinde güvenilirliği korumak ve hasarı önlemek için belirli lehimleme koşullarına uyulmalıdır.

• Yeniden Akış Lehimleme:Bileşen, yeniden akış lehimleme teknikleri kullanılarak yüzey montajı için uygundur. Tepe lehimleme sıcaklığı 260°C'yi geçmemeli ve bu sıcaklığın üzerindeki süre, epoksi paketin ve yarı iletken çipin termal hasar görmesini önlemek için 5 saniye veya daha az ile sınırlandırılmalıdır.
• El Lehimleme:El lehimlemesi gerekliyse, sıcaklık kontrollü bir lehim havya kullanılmalıdır. Bacaklarla temas süresi en aza indirilmeli ve bağlantı ile paket gövdesi arasındaki bacağın ısı emilimi önerilir.
• Depolama Koşulları:Cihazlar, orijinal nem bariyerli torbalarında, -40°C ila +100°C depolama sıcaklık aralığında kontrollü bir ortamda ve bacakların oksidasyonunu önlemek için düşük nemde saklanmalıdır.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Paketleme Şartnamesi

PD438B için standart paketleme akışı şu şekildedir: 500 adet bir antistatik torbada paketlenir. Bu torbalardan altı tanesi bir iç karton kutuya yerleştirilir. Son olarak, on iç karton kutu bir ana nakliye (dış) karton kutuya paketlenir; bu da her ana karton kutu için toplam 30.000 adet anlamına gelir.

6.2 Etiket Şartnamesi

Paketleme üzerindeki etiket birkaç anahtar tanımlayıcı içerir:

• CPN:Müşteri Ürün Numarası (atanmışsa).
• P/N:Üretici ürün numarası (PD438B).
• QTY:Paketteki cihaz miktarı.
• CAT, HUE, REF:Sınıflandırılan ürünler için sırasıyla ışık şiddeti derecesini, baskın dalga boyu derecesini ve ileri gerilim derecesini temsil eden kodlar.
• LOT No:İzlenebilir üretim parti numarası.

Bu etiketleme, tedarik zinciri boyunca izlenebilirliği ve doğru malzeme işlemeyi sağlar.

7. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Uygulama Devreleri

PD438B en yaygın olarak iki devre konfigürasyonundan birinde kullanılır:

1. Fotovoltaik Mod (Sıfır Öngerilim):Fotodiyot doğrudan yüksek empedanslı bir yüke (bir op-amp girişi gibi) bağlanır. Bu mod, minimum karanlık akım ve gürültü sunar ancak daha yavaş tepki ve daha düşük doğrusallığa sahiptir. Düşük hızlı, hassas ışık ölçümü için uygundur.
2. Fotokondüktif Mod (Ters Öngerilim):Fotodiyot, katodu pozitif bir gerilime ve anodu sanal toprağa (örneğin, bir transempedans amplifikatörünün ters girişi) bağlanarak kullanılır. Bu, PD438B'nin yüksek hız yeteneklerinden yararlanmak için önerilen moddur. Ters öngerilim, eklem kapasitansını azaltır (hızı artırır) ve doğrusallığı iyileştirir. Transempedans amplifikatöründeki geri besleme direncinin değeri kazancı belirler (Vout = Iphoto * Rfeedback).

7.2 Tasarım Hususları

• Öngerilim Gerilimi Seçimi:Hız (düşük kapasitans) ve güç tüketimi arasında iyi bir denge sağlayan bir ters öngerilim gerilimi (örneğin, 5V ila 10V) seçin. 32V'luk maksimum ters gerilimi aşmayın.
• Amplifikatör Seçimi:Yüksek hızlı uygulamalar için, PD438B'yi transempedans amplifikatörü olarak yapılandırılmış düşük gürültülü, yüksek bant genişlikli bir operasyonel amplifikatör ile eşleştirin. Amplifikatörün giriş öngerilim akımı ve gerilim gürültüsü düşük olmalıdır ki fotodiyotun sinyalini bozmasın.
• PCB Yerleşimi:Fotodiyotu ve ilişkili amplifikatörünü, hassas yüksek empedanslı düğümdeki parazitik kapasitansı ve gürültü alımını en aza indirmek için birbirine yakın tutun. Fotodiyotun anot bağlantısı etrafında, düşük empedanslı bir noktaya (amplifikatör çıkışı veya toprak katmanı gibi) bağlı bir koruma halkası kullanarak kaçak akımları azaltın.
• Optik Hizalama:IR yayıcı ile fotodiyot arasında uygun mekanik hizalama sağlayın. Yandan görünümlü paket bunun için tasarlanmıştır. Ortam ışığını ve çapraz konuşmayı engellemek için bir tüp veya bariyer kullanmayı düşünün.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

PD438B, piyasada birkaç temel özellikle kendini farklılaştırır:

• Entegre IR Filtre:Epoksi paketin kendisi filtre görevi görür, ayrı bir filtre bileşenine ihtiyacı ortadan kaldırır, parça sayısını ve maliyeti azaltır ve montajı basitleştirir.
• Yandan Görünümlü Paket:Silindirik yandan görünümlü form faktörü, ışık yolunun PCB'ye paralel ilerlediği, yuva sensörleri, kenar algılama sistemleri ve belirli tipteki kodlayıcılar gibi uygulamalar için idealdir.
• Dengeli Performans:Hız (50 ns), hassasiyet (1 mW/cm²'de 18 µA) ve düşük karanlık akımın iyi dengelenmiş bir kombinasyonunu sunar; bu da onu geniş bir orta-yüksek hızlı IR algılama görevi yelpazesi için çok yönlü bir seçim yapar.
• Çevresel Uyumluluk:Kurşunsuz yapısı ve RoHS ve REACH uyumluluğu, onu katı çevre düzenlemelerine sahip küresel pazarlar için uygun kılar.

Daha büyük fotodiyotlarla karşılaştırıldığında daha küçük bir ayak izi sunar. Filtresiz fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, ortam görünür ışık gürültüsünü daha üstün bir şekilde bastırır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S1: Siyah epoksi merceğin amacı nedir?

C1: Siyah epoksi sadece görünüm için değildir; etkili bir kızılötesi filtre olacak şekilde formüle edilmiştir. Hedef IR dalga boyunu (940 nm'de tepe yapar) iletirken görünür ışığın çoğunu emer; bu da oda aydınlatması gibi ortam ışık kaynaklarından gelen paraziti önemli ölçüde azaltır.

S2: PD438B'yi ters öngerilim gerilimi ile mi yoksa onsuz mu çalıştırmalıyım?

C2: Yüksek hızlı çalışma için (50 ns yükselme süresi ile belirtildiği gibi), PD438B'yi tipik olarak 5V ila 10V arasında bir ters öngerilim ile fotokondüktif modda çalıştırmanız şiddetle tavsiye edilir. Bu, eklem kapasitansını azaltır ve doğrusallığı ve hızı iyileştirir.

S3: Fotoakımı kullanılabilir bir gerilim sinyaline nasıl dönüştürebilirim?

C3: En yaygın ve etkili yöntem, bir transempedans amplifikatör (TIA) devresi kullanmaktır. Fotodiyot, bir op-amp'in ters girişi ile çıkışı arasına, kazancı belirleyen bir geri besleme direnci ile bağlanır (Vout = -Iphoto * Rf). Devreyi stabilize etmek ve bant genişliğini sınırlamak için genellikle dirence paralel olarak küçük bir geri besleme kapasitörü eklenir.

S4: "Karanlık Akım" parametresinin önemi nedir?

C4: Karanlık akım, fotodiyot tam karanlıkta ve ters öngerilim altındayken akan küçük akımdır. Bir gürültü kaynağı olarak işlev görür. Daha düşük bir karanlık akım (PD438B için tipik 5 nA), cihazın sinyalin kendi gürültüsü tarafından maskelenmeden daha zayıf ışık sinyallerini algılayabileceği anlamına gelir.

S5: Bu fotodiyot görünür ışık algılama için kullanılabilir mi?

C5: Spektral aralığı 400 nm'de (mor) başlasa da, görünür spektrumdaki duyarlılığı IR filtreli epoksi mercek tarafından büyük ölçüde zayıflatılmıştır. Tepe duyarlılığı kesinlikle 940 nm'de kızılötesindedir. Birincil görünür ışık algılama için, IR filtreli paketi olmayan bir fotodiyot daha uygun olacaktır.

10. Çalışma Prensipleri

Bir PIN fotodiyot, P-tipi ve N-tipi bölgeler arasına sıkıştırılmış geniş, hafif katkılı 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. Harici bir ters öngerilim elektrik alanının etkisi altında, bu yük taşıyıcıları ayrılır ve gelen ışık şiddetiyle orantılı bir fotoakım üretir. Geniş içsel bölge birkaç avantaj sağlar: foton emilimi için daha büyük bir tükenme bölgesi oluşturur (hassasiyeti artırır), eklem kapasitansını azaltır (hızı artırır) ve daha yüksek ters gerilimlerde çalışmaya izin verir. PD438B, görünürden yakın kızılötesi spektruma kadar ışığı algılamak için uygun bir bant aralığına sahip olan silikon kullanır.

11. Sorumluluk Reddi ve Kullanım Notları

Bu teknik dokümanda yer alan bilgiler önceden haber verilmeksizin değiştirilebilir. Sağlanan grafikler ve tipik değerler tasarım rehberliği içindir ve garanti edilen şartnameleri temsil etmez. Bu bileşeni uygularken, tasarımcılar cihaz arızasını önlemek için Mutlak Maksimum Değerlere kesinlikle uymalıdır. Üretici, bu ürünün belirtilen çalışma koşulları dışında kullanılmasından kaynaklanan herhangi bir hasardan sorumluluk kabul etmez. Bu ürün, ön görüşme ve özel nitelendirme olmaksızın güvenlik açısından kritik, yaşam destek, askeri, otomotiv veya havacılık uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanmamıştır.