1.8mm Yuvarlak Subminiature Silikon PIN Fotodiyot PD42-21C/TR8 Veri Sayfası - Boyutlar 1.8mm Yuvarlak - Tepe Duyarlılığı 940nm - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD42-21C/TR8, kızılötesi algılama uygulamaları için tasarlanmış, yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir silikon PIN fotodiyotudur. Siyah plastikten üretilmiş, minyatür 1.8mm yuvarlak, küresel üst görünümlü lensli bir yüzey montaj (SMD) paketinde bulunur. Bu kompakt tasarım, güvenilir kızılötesi algılama gerektiren ve alan kısıtlı uygulamalar için uygundur.

Cihaz, spektral olarak yaygın kızılötesi yayan diyotlarla eşleştirilmiştir ve bir IR kaynağı ile eşleştirildiği sistemlerde performansı optimize eder. Temel avantajları arasında hızlı tepki süresi, yüksek foto-hassasiyet ve küçük eklem kapasitansı bulunur; bunlar yüksek hızlı sinyal algılama için kritik öneme sahiptir.

1.1 Temel Özellikler ve Uyumluluk

• Hızlı Tepki Süresi:Hızlı optik sinyal değişikliklerinin algılanmasını sağlar.
• Yüksek Foto Hassasiyeti:Düşük ışık seviyelerinden güçlü bir elektriksel çıkış sağlar.
• Küçük Eklem Kapasitansı:RC zaman sabitlerini azaltarak yüksek hızlı çalışmaya katkıda bulunur.
• Paketleme:Otomatik montaj için 7 inç çapında bir makara üzerine monte edilmiş 12mm şerit üzerinde tedarik edilir.
• Çevresel Uyumluluk:Ürün kurşunsuzdur, RoHS ve EU REACH düzenlemelerine uyumludur ve Halojensizdir (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 Hedef Uygulamalar

Bu fotodiyot, hassas kızılötesi algılama gerektiren çeşitli elektronik sistemlerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

• Yüksek hızlı foto dedektörler
• Fotokopi makineleri
• Oyun makineleri ve etkileşimli cihazlar
• Genel kızılötesi uygulama sistemleri (ör. yakınlık sensörleri, veri iletimi)

2. Teknik Özellikler Derinlemesine İnceleme

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihazı bu sınırların ötesinde çalıştırmak kalıcı hasara neden olabilir.

• Ters Gerilim (V_R):32 V
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr):-25°C ila +85°C
• Depolama Sıcaklığı (T_stg):-40°C ila +85°C
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol):260°C, ≤5 saniye
• Güç Dağılımı (P_d):150 mW, 25°C veya altındaki serbest hava sıcaklığında

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler (T_a=25°C)

Bu parametreler, fotodiyotun tipik koşullar altındaki performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ_0.5):730 nm ila 1100 nm. Cihaz, yakın kızılötesi spektrum boyunca hassastır.
• Tepe Duyarlılık Dalga Boyu (λ_P):940 nm. Maksimum duyarlılık bu kızılötesi dalga boyunda gerçekleşir.
• Açık Devre Gerilimi (V_OC):940nm'de 5 mW/cm² ile aydınlatıldığında tipik olarak 0.42 V.
• Kısa Devre Akımı (I_SC):875nm'de 1 mW/cm² ile aydınlatıldığında 2.0 ila 12 μA (Tipik 5.0 μA).
• Ters Işık Akımı (I_L):875nm'de 1 mW/cm² ile aydınlatıldığında, V_R=5V'da 2.0 ila 12 μA (Tipik 5.0 μA). Bu, fotokondüktif moddaki birincil çalışma parametresidir.
• Karanlık Akım (I_D):V_R=10V'da maksimum 10 nA. Bu, ışık yokluğundaki kaçak akımdır.
• Ters Kırılma Gerilimi (V_BR):Minimum 32 V, I_R=100μA'da Tipik 170 V.
• Toplam Kapasitans (C_t):V_R=5V, f=1MHz'de tipik olarak 5 pF. Düşük kapasitans, yüksek bant genişliği için anahtardır.
• Yükselme/Düşme Süresi (t_r, t_f):V_R=10V, R_L=1kΩ'da tipik olarak her biri 6 ns. Bu, bir ışık darbesine karşı elektriksel tepkinin hızını belirtir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tasarım mühendisleri için temel olan tipik karakteristik eğrileri içerir. Belirli grafiksel veriler metin biçiminde sağlanmamış olsa da, bu eğriler tipik olarak ana parametreler arasındaki ilişkiyi gösterir ve standart dışı koşullar altında cihaz davranışını tahmin etmeye yardımcı olur.

3.1 İma Edilen Eğri Bilgileri

Standart fotodiyot karakteristiklerine dayanarak, tipik olarak aşağıdaki ilişkiler çizilir:

• Spektral Tepki:Göreceli duyarlılığı dalga boyuna karşı gösteren, 940 nm'de tepe yapan ve 730 nm ile 1100 nm'de yarıya düşen bir eğri.
• Akım vs. Aydınlanma (I_Lvs. E_e):Geniş bir aralıkta doğrusal olması beklenir, bu da fotodiyotun analog ışık ölçümü için uygunluğunu doğrular.
• Kapasitans vs. Ters Gerilim (C_tvs. V_R):Kapasitans tipik olarak artan ters öngerilim ile azalır, bu da frekans tepkisini etkiler.
• Karanlık Akım vs. Sıcaklık (I_Dvs. T):Karanlık akım, sıcaklıktaki her 10°C'lik artış için yaklaşık iki katına çıkar, bu da yüksek sıcaklıkta çalışma için kritiktir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

Fotodiyot, 1.8mm gövde çapına sahip subminyatür yuvarlak bir pakette gelir. Veri sayfasındaki detaylı mekanik çizimler, lens yüksekliği, bacak aralığı ve genel ayak izi dahil tüm kritik boyutları belirtir. Aksi belirtilmedikçe toleranslar tipik olarak ±0.1mm'dir. PCB tasarım referansı için önerilen bir pad düzeni sağlanmıştır, ancak mühendislerin bunu kendi spesifik montaj süreçlerine ve termal gereksinimlerine göre değiştirmeleri önerilir.

4.2 Polarite Tanımlama ve Montaj

SMD paketinin belirli bir yönelimi vardır. Veri sayfası çizimi katot ve anot terminallerini gösterir. Doğru polarite, devrenin düzgün çalışması için çok önemlidir. Şeffaf küresel lensli siyah plastik gövde, yönlü hassasiyete yardımcı olur.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Uygun kullanım, cihaz güvenilirliğini ve performansını korumak için hayati öneme sahiptir.

5.1 Depolama ve Nem Hassasiyeti

• Kullanıma hazır olana kadar nem geçirmez torbayı açmayın.
• Açılmamış torbaları 10°C~30°C ve ≤%90 RH'de saklayın.
• Sevkiyattan itibaren bir yıl içinde kullanın.
• Açıldıktan sonra, cihazlar 10°C~30°C ve ≤%60 RH'de saklandığında 168 saat (raf ömrü) içinde kullanılmalıdır. Aksi takdirde yeniden kurutulmalı ve kuru bir torbada saklanmalıdır.
• Kurutma prosedürü: 60°C ± 5°C ve <%5 RH'de 96 saat.

5.2 Lehimleme Koşulları

• Reflö Lehimleme:Önerilen bir sıcaklık profili sağlanmıştır. İki reflö döngüsünü aşmayın.
• El Lehimleme:Uç sıcaklığı <350°C ve gücü <25W olan bir lehim havya kullanın. Her terminal için temas süresi <3 saniye olmalıdır. Termal hasarı önlemek için her terminali lehimledikten sonra 2 saniyelik bir aralık bırakın.
• Isıtma sırasında cihaz üzerinde mekanik stres uygulamaktan ve lehimlemeden sonra PCB'yi eğmekten kaçının.

5.3 Yeniden İşleme ve Onarım

Lehimleme sonrası onarım önerilmez. Kaçınılmazsa, her iki terminali aynı anda ısıtmak ve bileşeni eşit şekilde kaldırmak için çift uçlu bir lehim havya kullanın. Herhangi bir yeniden işlemeden sonra cihaz işlevselliğini mutlaka doğrulayın.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Şerit ve Makara Özellikleri

Cihaz, veri sayfasında boyutları belirtilen taşıyıcı şeritte paketlenmiştir. Standart miktar, 7 inçlik makara başına 1000 adettir. Şerit boyutları, standart SMD pick-and-place ekipmanlarıyla uyumluluğu sağlar.

6.2 Etiket Bilgileri

Makara etiketi, izlenebilirlik ve doğru montaj için standart bilgileri içerir: Müşteri Parça Numarası (CPN), Parça Numarası (P/N), Lot Numarası, Miktar, Tepe Dalga Boyu (HUE), Sınıflar (CAT), Referans (REF), Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL-X) ve Üretim Menşei.

7. Uygulama Tasarım Hususları

7.1 Devre Koruma

Kritik:Fotokondüktif modda (ters öngerilimli) çalışırken, fotodiyot ile seri olarak harici bir akım sınırlayıcı direnç kullanılmalıdır. Bu olmadan, küçük bir gerilim değişikliği büyük bir akım dalgalanmasına neden olabilir ve potansiyel olarak cihazı yakabilir.

7.2 Öngerilim ve Sinyal İşleme

Fotodiyot iki temel modda kullanılabilir:

• Fotovoltaik Mod (Sıfır Öngerilim):Bir gerilim (V_OC) üretir. Düşük gürültü sunar ancak daha yavaş tepki verir.
• Fotokondüktif Mod (Ters Öngerilim):Bir ters gerilimle (ör. spesifikasyonlardaki gibi 5V) çalıştırılır. Bu, eklem kapasitansını azaltır (tepkiyi hızlandırır) ve doğrusallığı iyileştirir ancak karanlık akımı artırır. Fotodiyot akımını (I_L) kullanılabilir bir gerilim sinyaline dönüştürmek için tipik olarak bir transempedans amplifikatörü (TIA) kullanılır.

7.3 Optik Tasarım

Küresel lensin belirli bir görüş açısı vardır. Optimum bağlantı için, IR kaynağını bu açı içinde hizalayın. Siyah muhafaza, iç yansımaları ve ortam ışığından kaynaklanan çapraz konuşmayı en aza indirir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Konumlandırma

Standart fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, PD42-21C/TR8 hız (6 ns), hassasiyet (1mW/cm²'de tipik 5 μA) ve çok kompakt bir SMD ayak izi dengesi sunar. 940nm tepe hassasiyeti, onu birçok düşük maliyetli IR LED ile doğrudan eşleştirir. Düşük kapasitans, daha büyük aktif alana sahip cihazlara kıyasla yüksek frekanslı uygulamalar için temel bir farklılaştırıcıdır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

9.1 I_SCve I_L?

I_SC(Kısa Devre Akımı), diyot üzerindeki gerilim sıfırken ölçülür. I_L(Ters Işık Akımı), uygulanan bir ters öngerilim altında (ör. 5V) ölçülür. İyi tasarlanmış bir PIN fotodiyotunda, bu değerler veri sayfasında gösterildiği gibi (her ikisi de Tipik 5.0 μA) çok benzerdir. I_L, öngerilimli çalışmada devre tasarımı için daha pratik bir parametredir.

9.2 Seri direncin değeri nasıl seçilir?

Direnç, maksimum aydınlanma altındaki akımı sınırlar. R ≥ (Besleme Gerilimi) / (Maksimum I_L) olarak hesaplayın. Spesifikasyonlardan, Maks I_L 12 μA'dır. 5V öngerilim için, R ≥ 5V / 12μA ≈ 417 kΩ olmalıdır. Yaygın bir başlangıç değeri 100 kΩ'dur, bu aynı zamanda eklem kapasitansı ile birlikte bant genişliğini de belirler.

9.3 Bu fotodiyot görünür ışık algılama için kullanılabilir mi?

Spektral aralığı 730 nm'de başlar, bu yakın kızılötesidir. Görünür ışığa (700 nm altındaki dalga boyları) karşı çok düşük hassasiyete sahiptir. Görünür ışık için, tepe hassasiyeti 550-650 nm aralığında olan bir fotodiyot daha uygun olacaktır.

10. Pratik Kullanım Senaryosu Örneği

Senaryo: Bir Oyun Kumandasında Kızılötesi Yakınlık Sensörü.

1. Bileşen Eşleştirme:PD42-21C/TR8, 940nm IR LED ile eşleştirilir.
2. Devre Tasarımı:Fotodiyot, 100 kΩ'luk bir direnç üzerinden 3.3V ile ters öngerilimlidir. Çıkışı, 1 MΩ'luk bir geri besleme direnci ve tepkiyi stabilize etmek için küçük bir geri besleme kapasitörü (ör. 1 pF) ile TIA olarak yapılandırılmış bir op-amplifikatörün ters girişine bağlanır.
3. Çalışma:IR LED darbeli bir sinyal yayar. Bir nesne (ör. kullanıcının eli) yaklaştığında, IR ışığını fotodiyota yansıtır. TIA, artan fotodiyot akımını ölçülebilir bir gerilim darbesine dönüştürür.
4. Faydalar:Fotodiyotun hızlı tepkisi, hızlı el hareketlerinin hızlı bir şekilde algılanmasını sağlar. Küçük boyutu, kompakt kumanda muhafazasına kolayca sığar. Yüksek hassasiyet, zayıf yansıyan sinyallerle bile güvenilir çalışmayı sağlar.

11. Çalışma Prensibi

Bir PIN fotodiyot, P-tipi ve N-tipi yarı iletken bölgeler arasına sıkıştırılmış geniş, hafif katkılı içsel (I) bir bölgeden oluşur. Ters öngerilim uygulandığında, içsel bölge tamamen tükenir ve büyük bir elektrik alanı oluşturur. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip gelen fotonlar emilir ve elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Güçlü elektrik alanı bu taşıyıcıları hızla ayırır ve ışık şiddetiyle orantılı bir fotodiyot akımı üretir. Geniş içsel bölge, standart bir PN fotodiyotuna kıyasla eklem kapasitansını azaltır (yüksek hız sağlar) ve foton emilimi için hacmi artırır (hassasiyeti iyileştirir).

12. Sektör Trendleri

Tüketici elektroniği (akıllı telefonlar, giyilebilir cihazlar), otomotiv (LiDAR, araç içi algılama) ve endüstriyel otomasyondaki uygulamaların yönlendirmesiyle, minyatür, yüksek hızlı fotodedektörlere olan talep artmaya devam etmektedir. Trendler arasında daha fazla minyatürleştirme, fotodiyotların amplifikasyon ve dijitalleştirme devreleriyle tek bir çip üzerinde entegrasyonu (ör. entegre optik sensörler) ve jest tanıma ve 3D algılama gibi yeni uygulamalar için belirli dalga boyu bantlarında geliştirilmiş performans bulunmaktadır. PD42-21C/TR8 gibi cihazlar, sağlam kızılötesi algılama gerektiren, maliyet duyarlı, yüksek hacimli uygulamalar için olgun, güvenilir bir çözümü temsil eder.