PD438B/S46 Silisyum PIN Fotodiyot Veri Sayfası - 4.8mm Yarı Mercek - Siyah Paket - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD438B/S46, hızlı tepki ve yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalar için tasarlanmış yüksek performanslı bir silisyum PIN fotodiyottur. 4.8mm yarı merceğe sahip, kompakt, silindirik, yandan görünümlü plastik bir pakette yer alır. Bu cihazın önemli bir özelliği, entegre bir kızılötesi (IR) filtre görevi görecek şekilde formüle edilmiş epoksi paketidir. Bu filtre, yaygın IR yayıcılarla spektral olarak eşleşir ve istenmeyen görünür ışığa duyarlılığı azaltarak IR algılama uygulamalarındaki performansını artırır.

Bu fotodiyotun temel avantajları, yüksek hızlı veri iletimi ve anahtarlama uygulamaları için kritik olan hızlı tepki sürelerini ve düşük ışık seviyelerini etkili bir şekilde algılamasını sağlayan yüksek foto-hassasiyetini içerir. Düşük eklem kapasitansı, hızlı tepkiye katkıda bulunur ve onu yüksek frekanslı devreler için uygun kılar. Cihaz, kurşunsuz malzemeler kullanılarak üretilmiştir ve RoHS ve EU REACH gibi ilgili çevre düzenlemelerine uyar, bu da onu katı çevresel uyum gereksinimleri olan ürünlerde kullanıma uygun hale getirir.

PD438B/S46'nın birincil hedef pazarları ve uygulamaları tüketici elektroniği, endüstriyel otomasyon ve iletişim sistemlerindedir. Özellikleri, onu yüksek hızlı optik veri bağlantıları, varlık algılama sistemleri ve hassas ışık ölçüm ekipmanları üzerinde çalışan tasarımcılar için ideal bir bileşen yapar.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, maksimum 32V ters gerilime (VR) dayanacak şekilde derecelendirilmiştir. Maksimum güç dağılımı (Pd) 150 mW'dır ve bu, çalışmanın termal sınırlarını tanımlar. Bacaklar, 5 saniyeyi aşmamak üzere 260°C'ye kadar bir sıcaklıkta lehimlenebilir; bu, standart reflow lehimleme işlemleriyle uyumludur. Çalışma sıcaklığı aralığı -40°C ila +85°C olarak belirtilmiştir ve -40°C ila +100°C arasındaki ortamlarda saklanabilir. Bu derecelendirmeler, çok çeşitli çevresel koşullarda güvenilir performans sağlar.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Fotodiyotun spektral tepkisi, 840 nm'den 1100 nm'ye uzanan spektral bant genişliği (λ0.5) aralığı ile tanımlanır. Tepe hassasiyet dalga boyu (λp) 940 nm'dedir ve bu da onu uzaktan kumandalar, optik sensörler ve serbest uzay iletişimi için yaygın olarak kullanılan yakın kızılötesi bölgeye yerleştirir.

940 nm'de 5 mW/cm² ışınım altında, tipik açık devre gerilimi (VOC) 0.35V'dir. 1 mW/cm² ve 940 nm'de ölçülen kısa devre akımı (ISC) tipik olarak 18 µA'dır. Bu parametre, cihazın aydınlatma altındaki akım üretme kapasitesinin doğrudan bir ölçüsüdür.

Ters ışık akımı (IL), diyot ters öngerilimliyken üretilen fotoakımdır. VR=5V ve Ee=1 mW/cm² (λp=940nm) koşullarında tipik değer 18 µA'dır ve garanti edilen minimum değer 10.2 µA'dır. Karanlık akım (Id), VR=10V'da aydınlatma olmadan sızıntı akımıdır, tipik olarak 5 nA ve maksimum 30 nA'dır. Düşük karanlık akım, özellikle düşük ışık algılama senaryolarında iyi bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için esastır.

Ters çökme gerilimi (BVR), 100 µA akım aktığında minimum 32V olarak belirtilmiştir ve tipik değer 170V kadar yüksektir. VR=5V ve 1 MHz'deki toplam uç kapasitansı (Ct) tipik olarak 18 pF'dır. Bu düşük kapasitans, hızlı yükselme ve düşme sürelerini sağlayan ana faktördür. Cihaz VR=10V'da ve 1 kΩ yük direnci (RL) ile çalıştırıldığında, yükselme ve düşme süreleri (tr/tf) her ikisi de tipik olarak 50 nanosaniyedir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışı hakkında daha derin bir içgörü sunan çeşitli karakteristik eğriler sağlar.

Şekil 1: Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı İlişkisiortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum güç dağılımının düşürülmesini gösterir. Bu grafik, aşırı ısınmayı önlemek ve uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için termal yönetim tasarımında çok önemlidir.

Şekil 2: Spektral Hassasiyetfotodiyotun yaklaşık 600 nm'den 1200 nm'ye kadar olan dalga boyu spektrumundaki göreceli duyarlılığını gösterir. Eğri 940 nm'de tepe yapar ve hedef IR bandının dışındaki tepkiyi zayıflatan epoksi paketin etkili filtreleme eylemini gösterir.

Şekil 3: Karanlık Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisisızıntı akımının (Id) sıcaklıkla üstel olarak nasıl arttığını gösterir. Bu ilişki, yüksek sıcaklıklarda çalışan uygulamalar için hayati öneme sahiptir, çünkü sensörün gürültü tabanını tanımlar.

Şekil 4: Ters Işık Akımı - Işınım (Ee) İlişkisiüretilen fotoakım ile gelen ışık güç yoğunluğu arasındaki doğrusal ilişkiyi tasvir eder. Bu doğrusallık, PIN fotodiyotların temel bir özelliğidir ve analog ışık ölçüm uygulamaları için esastır.

Şekil 5: Uç Kapasitansı - Ters Gerilim İlişkisieklem kapasitansının artan ters öngerilim gerilimi ile azaldığını gösterir. Tasarımcılar, uygun bir öngerilim noktası seçerek devrelerinin hızını optimize etmek için bu ilişkiyi kullanabilir.

Şekil 6: Tepki Süresi - Yük Direnci İlişkisifotodiyotun çıkış sinyalinin yükselme/düşme süresinin, ona bağlı yük direncinden nasıl etkilendiğini gösterir. Daha düşük yük dirençleri ile daha hızlı tepki elde edilir, ancak bu, çıkış gerilim salınımına karşılık bir takas olabilir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

PD438B/S46, silindirik, yandan görünümlü bir pakette gelir. Ana boyutlar, paket çiziminde tanımlandığı gibi bir gövde çapı ve yarı mercek yüksekliğini içerir. Doğrusal boyutlar için belirtilmemiş tüm toleranslar ±0.25mm'dir. Paket siyah renklidir, bu da saçılan ışık girişimini azaltmaya yardımcı olur. Yandan görünüm konfigürasyonu, PCB düzlemine paralel bir yönden gelen ışığı algılamaya olanak tanır; bu, yazıcılarda kağıt algılama veya kenar algılama gibi uygulamalarda kullanışlıdır.

4.2 Polarite Tanımlama

Katot tipik olarak daha uzun bir bacak, bir çentik veya paket gövdesinde düz bir nokta ile tanımlanır. Fotodiyotlar fotokondüktif modda kullanıldığında ters öngerilim standart çalışma koşulu olduğundan, montaj sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Cihaz, dalga lehimleme ve reflow lehimleme işlemlerine uygundur. Bacak lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer 260°C'dir ve lehimleme süresinin 5 saniyeyi aşmaması gerektiği not edilmelidir. Elektronik bileşenlerin lehimlenmesi için standart IPC kılavuzlarının takip edilmesi önerilir. Cihaz, nem emilimini ve elektrostatik hasarı önlemek için, belirtilen -40°C ila +100°C saklama sıcaklığı aralığında kuru, antistatik bir ortamda saklanmalıdır.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

Standart paketleme özellikleri aşağıdaki gibidir: 200 ila 500 adet bir nem bariyerli torbaya paketlenir. Bu tür altı torba bir iç karton kutuya yerleştirilir. Daha sonra on iç karton kutu bir ana nakliye kartonuna paketlenir. Paketleme üzerindeki etiket, müşteri parça numarası (CPN), üretici parça numarası (P/N), paketleme miktarı (QTY) ve parti numarası (LOT No.) alanlarını içerir. LED'ler için yoğunluk, dalga boyu ve gerilim gruplarını belirtmek üzere yaygın olan CAT, HUE ve REF gibi diğer alanlar, bu fotodiyot aynı şekilde gruplandırılmadığı için geçerli değildir; bu alanlar boş bırakılabilir veya diğer izlenebilirlik bilgileri için kullanılabilir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Yüksek Hızlı Foto Algılama:Nanosaniye tepki süresi gerektiren optik enkoderler, plastik optik fiber (POF) üzerinden veri iletişimi ve lazer ışını algılama için idealdir.
• Kamera Uygulamaları:Akıllı telefonlarda, tabletlerde ve dijital kameralarda ortam ışığı algılama (ALS) veya IR yakınlık algılama için kullanılabilir. Dahili IR filtresi, IR seviyelerini doğru bir şekilde ölçmeye yardımcı olur.
• Optoelektronik Anahtarlar:Otomat makinelerinde, endüstriyel otomasyonda ve güvenlik sistemlerinde nesne algılama, sayma ve konum algılama için uygundur.
• Tüketici Elektroniği:VCR'lerde ve video kameralarda bant sonu algılama veya kontrol sinyali alımı için kullanılır.

7.2 Tasarım Hususları

PD438B/S46 ile bir devre tasarlarken aşağıdakileri göz önünde bulundurun:

• Öngerilim Gerilimi:Tükenim bölgesini genişletmek, kapasitansı azaltmak ve hızı artırmak için bir ters öngerilim gerilimi (veri sayfası koşullarına göre tipik olarak 5V ila 10V) uygulanır. Gerilimin maksimum 32V derecesini aşmadığından emin olun.
• Yük Direnci (RL):Transempedans konfigürasyonundaki RL değeri, bant genişliğini ve çıkış gerilimini doğrudan etkiler. Daha küçük bir RL daha hızlı tepki verir ancak daha düşük çıkış sinyali sağlar. Veri sayfasındaki Şekil 6 önemli bir referanstır.
• Yükseltme:Fotoakım küçüktür (mikroamper). Bu akımı kullanılabilir bir gerilim sinyaline dönüştürmek için neredeyse her zaman bir transempedans yükselteci (TIA) kullanılır. Düşük giriş öngerilim akımına ve yeterli bant genişliğine sahip bir op-amp seçin.
• Gürültü Azaltma:Fotodiyotu ve bağlantı izlerini elektriksel gürültüden koruyun. Aktif bir öngerilim devresi kullanılıyorsa, cihazın güç bacaklarına yakın bir bypass kapasitörü kullanın. Düşük karanlık akım, iyi bir sinyal-gürültü oranını korumaya yardımcı olur.
• Optik Hususlar:Merceğin temiz ve engelsiz olduğundan emin olun. Yandan görünümlü paket, ışık yolunu doğru hizalamak için dikkatli bir mekanik tasarım gerektirebilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılıklar

Standart PN fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, PD438B/S46'nın PIN yapısı belirgin avantajlar sunar. P ve N katmanları arasındaki içsel (I) bölge, daha büyük bir tükenim bölgesi oluşturur. Bu, iki temel fayda sağlar:1) Daha Düşük Eklem Kapasitansı:Daha büyük tükenim bölgesi, daha geniş bir dielektrik gibi davranarak kapasitansı önemli ölçüde azaltır (tipik olarak 18 pF), bu da yüksek hızlı çalışmanın ana etkinleştiricisidir.2) Geliştirilmiş Doğrusallık ve Hassasiyet:Geniş içsel bölge, daha geniş bir hacimde fotogenerasyon taşıyıcıların daha verimli toplanmasına izin verir, bu da fotoakım-ışınım ilişkisinde daha iyi doğrusallığa ve tepe dalga boyunda potansiyel olarak daha yüksek kuantum verimliliğine yol açar.

Ayrıca, bir IR filtre epoksinin doğrudan pakete entegre edilmesi farklılaştırıcı bir özelliktir. Bu, ayrı bir harici IR filtresine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak alandan tasarruf sağlar, maliyeti düşürür ve montajı basitleştirir. Bu, onu kompakt tüketici elektroniği tasarımları için özellikle avantajlı kılar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

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

C: ISC, diyot üzerinde sıfır volt ile (kısa devre koşulu) ölçülür. IL, diyot ters öngerilimliyken (örneğin, VR=5V'da) ölçülür. Pratikte, bir PIN fotodiyot için bu değerler çok benzerdir çünkü fotoakım, normal çalışma aralığında ters öngerilim geriliminden büyük ölçüde bağımsızdır.

S: Yükselme/düşme süresi neden 1 kΩ yük ile belirtilmiştir?

C: 1 kΩ yük, test ve basit devreler için yaygın bir yük koşulunu temsil eder. Uygulamanızdaki gerçek tepki süresi, Şekil 6'da gösterildiği gibi, spesifik devrenizin yük direncine ve parazitik kapasitanslarına bağlı olacaktır.

S: Bu fotodiyot görünür ışık algılama için kullanılabilir mi?

C: Silisyum malzemenin kendisi görünür ışığa duyarlı olsa da (~600nm'ye kadar uzanan spektral eğride görüldüğü gibi), siyah epoksi paket güçlü bir filtre görevi görür. Görünür spektrumdaki hassasiyeti, 940 nm'deki tepe noktasına kıyasla büyük ölçüde zayıflatılacaktır. Esas olarak yakın-IR uygulamaları için tasarlanmıştır.

S: Karakteristik tablosundaki "Tip." değerlerini nasıl yorumlamalıyım?

C: "Tip." tipik değer anlamına gelir ve belirtilen koşullar altında beklenen ortalamadır. Garanti edilmez. Tasarım amaçları için, özellikle kritik parametreler için, devrenizin tüm üretim varyasyonları ve koşullarında doğru çalışacağından emin olmak için "Min." veya "Maks." değerlerini kullanmalısınız.

10. Pratik Tasarım ve Kullanım Örnekleri

Örnek 1: Basit Nesne Algılama Anahtarı

Temel bir opto-anahtar, PD438B/S46'yı bir IR LED (örneğin, 940 nm'de yayan) ile eşleştirerek oluşturulabilir. Fotodiyot, Vcc'ye (örneğin, 5V) bir pull-up direnci ile ters öngerilimli olarak bağlanır. Direnç ve fotodiyotun katodu arasındaki çıkış düğümü, bir karşılaştırıcıya veya bir mikrodenetleyicinin dijital giriş pinine beslenir. Bir nesne LED ve fotodiyot arasındaki IR ışınını kesintiye uğrattığında, fotoakım düşer ve çıkış düğümündeki gerilimin yükselmesine neden olarak algılama sinyalini tetikler. Hızlı tepki süresi, hızla hareket eden nesnelerin algılanmasına olanak tanır.

Örnek 2: Mikrodenetleyicili Ortam Işığı Sensörü

Analog ışık seviyesi ölçümü için, fotodiyot bir transempedans yükseltecine bağlanabilir. Gelen IR ışık yoğunluğuyla orantılı olan TIA'nın çıkış gerilimi, daha sonra bir mikrodenetleyicinin analog-dijital dönüştürücü (ADC) girişine beslenir. MCU, bu okumayı bir ekranın parlaklığını otomatik olarak ayarlamak veya bir IR uzaktan kumanda sinyalinin mevcut olup olmadığını belirlemek için kullanabilir. Entegre IR filtresi, okumanın ortam ışığının IR bileşenine özgü olmasını sağlamaya yardımcı olur.

11. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Bir PIN fotodiyot, ışığı elektrik akımına dönüştüren bir yarı iletken cihazdır. Bir P-tipi katman ve bir N-tipi katman arasına sıkıştırılmış bir içsel (katkısız veya hafif katkılı) yarı iletken malzeme katmanından ("I" bölgesi) oluşur. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonlar (silisyum için, dalga boyu ~1100 nm'den az olan ışık) cihaza çarptığında, içsel bölgede elektron-delik çiftleri oluşturabilirler. Bir ters öngerilim gerilimi uygulandığında, içsel bölge boyunca güçlü bir elektrik alanı oluşturur. Bu alan, fotogenerasyon taşıyıcılarını hızla ilgili uçlara doğru süpürür—elektronları N tarafına, delikleri P tarafına—ve harici devrede ölçülebilir bir fotoakım üretir. İçsel bölgenin genişliği anahtardır: cihaz kapasitansını düşük tutarken verimli taşıyıcı üretimi ve toplanmasına izin verir.

12. Teknoloji Trendleri ve Bağlam

PD438B/S46 gibi silisyum PIN fotodiyotlar, olgun ve son derece güvenilir bir teknolojiyi temsil eder. Bu alandaki mevcut trendler birkaç alana odaklanmaktadır:Küçültme:Giyilebilir cihazlar ve cep telefonları gibi alan kısıtlı uygulamalar için daha küçük paket ayak izleri (örneğin, çip ölçekli paketler) geliştirilmesi.Entegrasyon:Fotodiyotu tek bir çip üzerinde yükseltme, dijitalleştirme ve sinyal işleme devreleriyle birleştirerek akıllı optik sensörler oluşturma.Geliştirilmiş Performans:Aşırı hassasiyet gerektiren uygulamalar için çığ fotodiyotları (APD) gibi yapılar üzerine araştırma, ancak bunlar daha karmaşık ve pahalıdır.Yeni Malzemeler:Standart silisyumla erişilemeyen daha uzun kızılötesi dalga boylarında algılama için germanyum veya III-V bileşikleri (örneğin, InGaAs) gibi malzemelerin araştırılması. 1100 nm'ye kadar olan ana akım yakın-IR uygulamaları için, silisyum mükemmel üretilebilirliği ve performansı nedeniyle baskın, uygun maliyetli malzeme olarak kalmaktadır.