PD638B Silikon PIN Fotodiyot Veri Sayfası - 2.75x5.25mm - 32V Ters Gerilim - 150mW Güç Tüketimi - Siyah Lens - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

PD638B, 2.75mm x 5.25mm boyutlarında kompakt, düz yan görünümlü plastik paketleme kullanılan, yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli bir silikon PIN fotodiyottur. Bu cihaz, hızlı ışık algılama gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Epoksi paketleme formülasyonu, entegre bir kızılötesi (IR) filtre işlevi sağlar ve spektral özellikleri, yaygın kızılötesi vericilere uyum sağlamak ve böylece IR algılama sistemlerinin sinyal-gürültü oranını artırmak için dikkatlice eşleştirilmiştir. Cihaz, RoHS ve AB REACH düzenlemelerine uygundur ve kurşunsuz malzemeler kullanılarak üretilmiştir.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

PD638B'nin başlıca avantajları, yüksek bant genişliği uygulamaları için kritik olan son derece hızlı tepki süresi, yüksek ışık hassasiyeti ve düşük jonksiyon kapasitansını içerir. Küçük form faktörü, alanı kısıtlı tasarımlar için uygun hale getirir. Entegre IR filtreli paketleme, harici filtre ihtiyacını azaltarak optik tasarımı basitleştirir. Bu fotodiyot, tüketici elektroniği, endüstriyel otomasyon ve iletişim ekipmanları gibi yüksek hızlı ışık algılama, görüntüleme sistemleri ve optik anahtarlama içeren pazarlara ve uygulamalara yöneliktir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, veri sayfasında listelenen kilit teknik parametrelerin, tasarım mühendisleri için anlamlarını açıklayan ayrıntılı ve nesnel bir yorumunu sunar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihazda kalıcı hasara yol açabilecek stres limitlerini tanımlar. Bu limitlerde veya üzerinde çalışma garantisi verilmez.

• Ters Gerilim (VR):32 V. Bu, fotodiyotun iki terminaline uygulanabilecek maksimum ters öngerilim voltajıdır. Bu voltajın aşılması, çığ kırılmasına ve cihaz arızasına yol açabilir.
• Güç Tüketimi (Pd):150 mW. Bu, cihazın ısı olarak dağıtabileceği izin verilen maksimum güçtür ve esas olarak ters gerilim ile çalışma koşullarındaki karanlık akım veya fotoakımın çarpımı ile belirlenir.
• Çalışma Sıcaklığı (Topr):-40°C ila +85°C. Cihazın normal şekilde çalışmasının garanti edildiği ortam sıcaklığı aralığıdır.
• Depolama Sıcaklığı (Tstg):-40°C ila +100°C. Cihazın çalışmadan depolanabileceği ve performans bozulmasına neden olmayacak sıcaklık aralığı.
• Lehimleme Sıcaklığı (Tsol):260°C, süresi 5 saniyeyi geçmemelidir. Bu, PCB montajında yeniden akış veya elle lehimleme işlemleri sırasında paket hasarını önlemek için kritiktir.

2.2 Optoelektronik Özellikler

Bu parametreler Ta=25°C'de ölçülmüş olup, fotodiyotun bir ışık sensörü olarak temel performansını tanımlar.

• Spektral Bant Genişliği (λ0.5):840 nm ila 1100 nm. Bu aralık, fotodiyodun tepkisinin en az tepe değerinin yarısı olduğu dalga boyunu ifade eder. Cihazın yakın kızılötesi spektrum için optimize edildiğini doğrular.
• Tepe hassasiyet dalga boyu (λp):940 nm (tipik). Fotodiyot bu kızılötesi dalga boyuna en hassastır, bu da onu 940nm kızılötesi LED'lerle eşleştirmek için ideal bir seçim yapar.
• Açık devre voltajı (VOC):0.35 V (tipik), Ee=5 mW/cm², λp=940nm koşullarında. Bu, belirtilen aydınlatmada fotodiyodun fotovoltaik modda (sıfır öngerilim) ürettiği voltajdır.
• Kısa devre akımı (ISC):18 µA (tipik), Ee=1 mW/cm², λp=940nm koşullarında. Bu, diyodun uçları kısa devre edildiğinde (uçlar arası voltaj sıfır) üretilen fotoakımdır.
• Ters fotoakım (IL):18 µA (tipik, min. 10.2 µA), Ee=1 mW/cm², λp=940nm, VR=5V koşullarında. Bu, fotokondüktif modda (ters öngerilim uygulanarak) çalışmanın temel parametresidir. Belirli bir ışık şiddeti altındaki sinyal akımını tanımlar.
• Karanlık Akım (Id):5 nA (tipik, maks. 30 nA), VR=10V koşulunda. Bu, cihaz tamamen karanlıkta iken akan küçük ters kaçak akımdır. Düşük karanlık akımı, zayıf ışık sinyallerinin tespiti için avantajlıdır.
• Ters Kırılma Gerilimi (BVR):170 V (tipik, min. 32 V), IR=100µA koşulunda ölçülmüştür. Bu, ters akımın keskin bir şekilde arttığı gerilimdir. Çalışma ters gerilimi bu değerin oldukça altında olmalıdır.
• Toplam Kapasitans (Ct):25 pF (tipik), VR=3V, f=1 MHz koşullarında. Eklem kapasitansı, bant genişliğini sınırlayan temel faktördür. Düşük kapasitans daha hızlı tepki süresi sağlar.
• Yükselme/Düşme Süresi (tr/tf):50 ns / 50 ns (tipik değer), VR=10V, RL=1 kΩ koşullarında. Bu, akım çıkışının ışık şiddeti basamak değişimine tepki hızını belirtir. 50 ns değeri, orta ve yüksek hızlı algılama uygulamalarına uygun olduğunu gösterir.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

PD638B, standart koşullar altında (Ee=1 mW/cm², λp=940nm, VR=5V) ölçülen ters ışık akımı (IL) parametresine dayalı olarak farklı performans sınıfları sunar. Bu, tasarımcıların sistem performans tutarlılığını sağlamak için garanti edilmiş bir ışık akımı aralığına sahip cihazları seçmelerine olanak tanır.

• BIN1:IL = 10.2 µA (minimum) ila 16.5 µA (maksimum)
• BIN2:IL = 13.5 µA (minimum) ila 22.0 µA (maksimum)
• BIN3:IL = 18.0 µA (minimum) ile 27.5 µA (maksimum) arasında
• BIN4:IL = 22.5 µA (minimum) ile 33.0 µA (maksimum) arasında

Veri sayfası, bu parametrelerin daha çok vericilerde yaygın olmasına ve ilgili ürünler için referans olarak listelenmiş olabileceğine rağmen, ilgili parametreler için standart toleransları da belirtir: ışık şiddeti (±%10), baskın dalga boyu (±1nm) ve ileri yönlü voltaj (±0.1V).

4. Performans Eğrisi Analizi

Tipik karakteristik eğriler, temel parametrelerin çalışma koşullarına bağlı olarak nasıl değiştiğini görsel olarak gösterir.

4.1 Güç Tüketimi ile Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Bu eğri, ortam sıcaklığı 25°C'yi aştığında maksimum izin verilen güç tüketiminin azaltılma (derating) durumunu göstermektedir. Güvenilirlik için, daha yüksek sıcaklıklarda çalışırken, dağıtılan gücün bu grafiğe göre doğrusal olarak azaltılması gerekir.

4.2 Spektral Duyarlılık

Bu grafik, fotodiyodun tüm dalga boyu aralığındaki normalize edilmiş yanıtını göstermektedir. 940 nm'deki tepe noktasını ve 840 nm'den 1100 nm'ye tanımlanmış spektral bant genişliğini görsel olarak doğrular; entegre kızılötesi filtrenin görünür ışığı zayıflatmadaki etkisini gösterir.

4.3 Karanlık Akımı ile Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Karanlık akım sıcaklığa oldukça bağlıdır, genellikle sıcaklık her 10°C yükseldiğinde yaklaşık iki katına çıkar. Bu eğri, tasarımcıların belirli çalışma sıcaklıklarındaki gürültü tabanını (karanlık akım) tahmin etmelerine olanak tanır; bu, düşük ışık veya yüksek kazanç uygulamaları için çok önemlidir.

4.4 Ters Fotoakımı ile Işınım Şiddeti (Ee) İlişkisi

Bu grafik, üretilen ışık akımının (IL) gelen ışık ışınım şiddeti ile doğrusal ilişkisini göstermektedir. Doğrusallık, PIN fotodiyotun ışık ölçüm uygulamalarına uygun olmasını sağlayan temel bir özelliğidir.

4.5 Terminal Kapasitansı ile Ters Gerilim İlişkisi

Eklem kapasitansı, ters öngerilim voltajı arttıkça azalır. Bu eğri, daha yüksek bir ters gerilimin (sınırlar dahilinde) uygulanmasının Ct'yi nasıl düşürdüğünü ve böylece devrenin tepki hızını potansiyel olarak artırabileceğini göstermektedir.

4.6 Tepki Süresi ile Yük Direnci İlişkisi

Yükselme/düşme süresi, fotodiyot eklem kapasitansı ve harici yük direnci (RL) tarafından oluşturulan RC zaman sabitinden etkilenir. Bu eğri, istenen bant genişliğini elde etmek için RL seçimine rehberlik eder; daha küçük RL değerlerinin daha hızlı tepki sağladığını, ancak daha düşük çıkış voltajı salınımına yol açtığını gösterir.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

PD638B, düz yan görünümlü plastik paket kullanır. Çizimdeki kritik boyutlar: gövde boyutu 2.75mm (genişlik) x 5.25mm (uzunluk). Bacak aralığı ve toplam yükseklik de tanımlanmıştır. Boyut çiziminde aksi belirtilmedikçe, tüm belirtilmemiş toleranslar ±0.25mm'dir. Paket, aynı zamanda entegre bir kızılötesi filtre görevi gören siyah bir mercek kullanır.

5.2 Polarite Tanımlama

Devre bağlantısının doğru olması için katot (K) ve anot (A) bacakları doğru şekilde tanımlanmalıdır. Veri sayfasındaki paket çizimi bacak düzenini gösterir. Tipik olarak, ters öngerilimli (fotoiletken) çalışmada katot daha pozitif seviyeye bağlanır.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Lehimleme için mutlak maksimum değer, 5 saniyeyi aşmamak üzere 260°C'dir. Bu, standart kurşunsuz geri akış lehimleme profil (IPC/JEDEC J-STD-020) ile uyumludur. Epoksi paketin, iç çip yapıştırmanın veya bağ teli bağlantılarının termal hasar görmesini önlemek için bu sınırlara kesinlikle uyulmalıdır. El lehimlemesi için sıcaklık kontrollü bir havya kullanılmalı ve temas süresi en aza indirilmelidir. Fotodiyot hassas bir yarı iletken cihaz olduğundan, işleme ve montaj sırasında standart ESD (Elektrostatik Deşarj) önlemlerine uyulmalıdır.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

7.1 Paketleme Özellikleri

Standart paketleme konfigürasyonu aşağıdaki gibidir:
1. Her antistatik torbada 500 adet.
2. Her iç kutu 6 torba içerir.
3. Her ana (dış) kutu 10 adet iç kutu içerir.
Bu nedenle, her ana kutu toplam 30.000 adet içerir.

7.2 Etiket Özellikleri

Ambalaj üzerindeki etiket, izlenebilirlik ve tanımlama için birden fazla alan içerir:
CPN:Müşteri parça numarası.
P/N:Üretici ürün numarası (örneğin, PD638B).
QTY:Ambalaj miktarı.
CAT:Işık Şiddeti Seviyesi (BIN Kodu).
RENK TONU:Ana Dalga Boyu Seviyesi.
REF:İleri Yönlü Gerilim Seviyesi.
LOT No:Üretim parti numarası, izlenebilirlik için.
X:Ay Kodu.
Etiketin kendisini tanımlamak için bir referans numarası.

8. Uygulama Önerileri

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Yüksek Hızlı Fotodedektör:50 ns tepki süresi ile optik iletişim bağlantıları, barkod tarayıcılar veya darbe tespit sistemleri için kullanılır.
• Kamera:Kamera modüllerinde kızılötesi kesme filtresi tespiti, ışık ölçüm sensörü veya yakınlık algılama için kullanılabilir.
• Fotoelektrik Anahtar:Nesne algılama, konum algılama veya kızılötesi ışın kesintisi için kullanılan kesici modül.
• Video Kayıt Cihazı, Kamera:Bant sonu algılama, otomatik odaklama yardım sistemleri veya uzaktan kumanda alıcı devreleri için kullanılır (uzaktan kumandalar genellikle özel kızılötesi alıcı modülleri kullanır).

8.2 Tasarım Hususları

• Öngerilim Seçimi:Hız, gürültü ve çıkış doğrusallığı gereksinimlerine göre, fotovoltaik mod (sıfır öngerilim, düşük gürültü) ve fotokondüktif mod (ters öngerilim, daha hızlı, daha iyi doğrusallık) arasında seçim yapın.
• Öngerilim Devresi:Fotoelektrik iletim modu için, kararlı bir ters öngerilim güç kaynağı sağlayın. Genellikle bir voltaj kaynağından çekilen basit bir direnç kullanılır, ancak bir işlemsel yükselteç tabanlı transempedans yükselteci (TIA), ışık akımını voltaja dönüştürmek ve yüksek kazanç ile yüksek bant genişliği elde etmek için standart bir çözümdür.
• Bant Genişliği ve Hassasiyet Dengesi:İkisi arasında bir denge vardır. Basit bir devrede daha büyük bir yük direnci (RL) kullanmak çıkış voltajını artırır, ancak daha yüksek RC sabiti nedeniyle bant genişliğini düşürür. TIA konfigürasyonu bu dengeyi daha iyi kontrol etmenizi sağlar.
• Optik Hizalama:Yandan bakış paketleme yönü göz önünde bulundurularak, kızılötesi ışık kaynağı (örneğin, 940nm LED) ile fotodiyodun aktif bölgesi arasında uygun mekanik hizalamanın sağlandığından emin olun.
• Ortam Işığı Bastırma:Yerleşik kızılötesi filtreler yardımcı olsa da, güçlü ortam kızılötesi ışığının (örneğin, güneş ışığı) bulunduğu ortamlarda ek optik koruma veya modülasyon/demodülasyon teknikleri gerekli olabilir.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart PN fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, PD638B'nin PIN yapısı belirgin avantajlara sahiptir:
Daha Geniş Tükenim Bölgesi:İçsel (I) bölge, ters öngerilim altında daha geniş bir tükenim genişliği oluşturur. Bu şunlara yol açar:
1. Daha Düşük Eklem Kapasitansı:Daha hızlı tepki süresi sağlar (50 ns, bazı PN diyotların tipik olarak mikrosaniye düzeyindeki sürelerine kıyasla).
2. Daha Yüksek Kuantum Verimliliği:Daha geniş bir bölge, tükenme bölgesinde daha fazla fotonun emilmesine izin verir, her foton daha fazla taşıyıcı üretir ve böylece daha yüksek bir ışık hassasiyeti elde edilir.
3. Geliştirilmiş Doğrusallık:I bölgesindeki daha düzgün elektrik alan, ışık şiddeti ile fotoakım arasında çok geniş bir aralıkta daha iyi bir doğrusal ilişki sağlar.
Entegre kızılötesi filtre, başka bir kritik farklılaştırıcı faktördür; bağımsız fotodiyot ve filtre kullanımına kıyasla bileşen sayısını azaltır ve optik montajı basitleştirir.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

10.1 Kısa devre akımı (ISC) ve ters ışık akımı (IL) arasındaki fark nedir?

ISCDiyotun her iki ucundaki voltaj sıfır (kısa devre) iken ölçülür.ILBelirtilen bir ters öngerilim (örneğin, 5V) uygulandığında ölçülür. İdeal bir fotodiyotta ikisi eşit olmalıdır, ancak pratikte elektrik alanının taşıyıcıları daha etkili bir şekilde süpürmesi nedeniyle IL biraz daha yüksek olabilir. Veri sayfası her ikisini de listeler; IL, tipik ters öngerilimli çalışma için daha referans değer taşır.

10.2 Doğru BIN aralığı nasıl seçilir?

Devrenin güvenilir çalışması için gereken minimum sinyal akımına göre BIN seviyesini seçin. Sistem kazancınız sabitse, beklenen aydınlatma seviyesinde gerekli fotoakımı sağlayacağı garanti edilen bir BIN seviyesi seçin. BIN3 (18-27.5 µA) tipik bir değer sağlar. Sistemler arasında daha yüksek tutarlılık için tek bir BIN seviyesi belirtin.

10.3 Bu fotodiyotu 5V ile 32V arasındaki bir voltajda çalıştırabilir miyim?

Evet, mutlak maksimum derecelendirme değeri olan 32V'yi aşmayan herhangi bir ters voltajda çalıştırabilirsiniz. Daha yüksek ters öngerilimlerde (örneğin, 10V veya 20V) çalıştırmak genellikle eklem kapasitansını düşürür (hızı artırır) ve fotoakımı hafifçe artırabilir, ancak karanlık akımı da artırır. Foto-elektriksel özellikler tablosu, referans için VR=5V ve VR=10V'daki spesifik verileri sağlar.

10.4 Harici bir amplifikatöre ihtiyaç var mı?

Çoğu uygulama için evet. Çıkış fotodirenci mikroamper seviyesindedir. Transimpedans amplifikatörü (TIA), bu küçük akımı kontrol edilebilir kazanç ve bant genişliğine sahip kullanılabilir bir voltaj sinyaline dönüştürmek için standart bir devredir. Çok temel, düşük hızlı anahtarlama uygulamaları için basit bir direnç yükü kullanılabilir.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örnekleri

Senaryo: Yüksek hızlı bir fotoelektrik kesinti anahtarı tasarlamak.
Hedef:Bir nesnenin kızılötesi ışın huzmesini kesmesini, 100 µs'den daha hızlı bir tepki süresiyle tespit etmek.
Tasarım Adımları:
1. Eşleştirme:Güç tüketimini azaltmak ve ortam ışığını bastırmak için ışık kaynağı olarak 940nm kızılötesi LED kullanın ve darbe akımı ile sürün.
2. Öngerilim:PD638B'yi fotoelektrik iletim modunda çalıştırın. Güç rayı üzerindeki akım sınırlama direnci ile 5V ila 10V ters öngerilim uygulayın.
3. Sinyal İşleme:Fotodiyodun anodunu, TIA olarak yapılandırılmış bir işlemsel yükseltecin ters giriş terminaline bağlayın. Katot öngerilim gücüne bağlanır. TIA'nın geri besleme direnci (Rf) kazancı ayarlar (Vout = I_photo * Rf). Rf ile paralel bağlı geri besleme kapasitörü (Cf) bant genişliğini ve kararlılığı kontrol etmek için kullanılır.
4. Bileşen Seçimi:Yeterli kazanç-bant genişliği çarpımına, düşük giriş öngerilim akımına ve düşük gürültüye sahip bir işlemsel yükselteç seçin. Işık huzmesi kesintiye uğramadığında uygun bir çıkış voltajı salınımı elde etmek için Rf'yi seçin. Fotodiyot kapasitansına (Ct ~25pF) ve istenen bant genişliğine göre Cf'yi hesaplayın: Temel RC sınırlaması f_3dB ≈ 1/(2π * Rf * Ct) şeklindedir, ancak işlemsel yükseltecin kararlılık hesaplamaları çok önemlidir.
5. Çıkış İşleme:TIA çıkışı, ışık huzmesi kesintiye uğradığında düşen bir voltajdır. Bu sinyal, temiz bir dijital çıkış sinyali üretmek için histerezisli bir karşılaştırıcıya beslenebilir.

12. Çalışma Prensibi Özeti

PIN fotodiyot, P-tipi, içsel (katkısız) ve N-tipi katman yapısına sahip bir yarı iletken cihazdır. Fotokondüktif çalışma modunda, ters öngerilim voltajı uygulanır. Bu, esas olarak içsel katmanı içeren tükenme bölgesini genişletir. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip (örneğin, silikon için kızılötesi ışık) fotonlar tükenme bölgesine çarptığında, elektronları değerlik bandından iletim bandına uyararak elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Ters öngerilim nedeniyle, tükenme bölgesinde bulunan güçlü elektrik alanı bu taşıyıcıları hızla ayırır ve onları ilgili terminallere doğru süpürür - elektronlar N tarafına, boşluklar P tarafına süpürülür. Bu yük hareketi, gelen ışığın şiddetiyle orantılı olarak harici devre üzerinden akan fotoelektrik akımını oluşturur. İçsel katmanın temel rolü, düşük kapasitansı korurken yüksek verimlilik ve hız sağlamak için foton emilimi ve taşıyıcı üretimi için geniş, düşük alanlı bir bölge sağlamaktır.

13. Teknoloji Eğilimleri ve Gelişmeler

Fotoelektrik tespit alanı sürekli gelişmektedir. PD638B gibi bileşenlerle ilgili genel eğilimler şunları içerir:
Entegrasyonun artması:Fotodiyotların, yükseltme ve sinyal işleme devrelerinin tek bir çip üzerinde entegre edilmesi yönündeki gelişme (örneğin, entegre fotodiyot-yükseltici kombinasyonları).
Performans iyileştirmeleri:Sürekli gelişmeler, daha düşük karanlık akım, daha yüksek hız (saniyenin milyarda birinden daha hızlı tepki süreleri) ve daha geniş bir spektral aralıkta geliştirilmiş hassasiyet hedeflemektedir.
Gelişmiş paketleme:Daha küçük kaplama alanı ve daha iyi yüksek frekans performansı için wafer ölçekli çip boyutunda paketleme (WLCSP) ve ışık toplamayı iyileştirmek için entegre lensli paketlerin geliştirilmesi.
Yeni malzemeler:Silikonun sınırlarının (yaklaşık 1100 nm) ötesindeki kızılötesi aralığı tespit etmek için InGaAs gibi malzemeler araştırılmaktadır. Ancak, silikonun olgun üretim teknolojisi ve üstün maliyet etkinliği nedeniyle, PD638B gibi silikon PIN fotodiyotlar, yakın kızılötesi spektroskopi alanında hala baskın ve uygun maliyetli çözümler olmaya devam etmektedir.

14. Feragatname ve Kullanım Talimatları

Uyulması zorunlu olan temel sorumluluk reddi ve kullanım talimatlarını sağlayın:
1. Üretici, ürün malzeme özelliklerini ayarlama hakkını saklı tutar.
2. Ürün, sevk tarihinden itibaren 12 ay boyunca yayınlanan özelliklere uygundur.
3. Grafikler ve tipik değerler yalnızca referans içindir ve garanti edilen minimum veya maksimum limitleri temsil etmez.
4. Cihazı mutlak maksimum değerler dahilinde çalıştırmak kullanıcının sorumluluğundadır. Üretici, bu değerlerin aşılması veya yanlış kullanım sonucu oluşan hasarlardan sorumlu değildir.
5. Veri sayfası içeriği telif hakkı ile korunmaktadır; çoğaltılması için önceden izin alınması gerekir.
6. Bu ürün不güvenlik açısından kritik, askeri, havacılık, otomotiv, tıbbi, yaşam destek veya hayat kurtarıcı uygulamalar için uygun değildir. Bu tür uygulamalar için, nitelikli bileşenler için lütfen üretici ile iletişime geçin.