PD204-6B/L3 光电晶体管规格书 - 3mm封装 - 峰值灵敏度940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

PD204-6B/L3是一款采用标准3mm塑料封装的高速、高灵敏度硅PIN光电二极管。该器件的光谱特性与可见光和红外发射二极管相匹配，其峰值灵敏度优化于940nm波长，适用于各种需要快速响应和可靠性能的传感应用。

该元件的关键优势包括其快速响应时间、高光敏度以及低结电容，这些特性共同确保了高效的信号检测。本产品符合RoHS和欧盟REACH法规，并采用无铅（Pb-free）工艺制造。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

本器件设计为在规定的环境和电气极限内可靠工作。超出这些额定值可能导致永久性损坏。

• 反向电压 (VR)：32 V - 可施加在光电二极管两端的最大反向偏置电压。
• 工作温度 (Topr)：-25°C 至 +85°C - 器件正常工作的环境温度范围。
• 储存温度 (Tstg)：-40°C 至 +100°C - 器件未通电时安全储存的温度范围。
• 焊接温度 (Tsol)：根据标准回流焊曲线，最高温度为260°C，持续时间不超过5秒。
• 功耗 (Pc)：在25°C或以下自由空气温度下为150 mW。

2.2 光电特性

这些参数定义了光电晶体管在标准测试条件（Ta=25°C）下的核心性能。

• 光谱带宽 (λ0.5)：760 nm 至 1100 nm。这定义了器件保持至少一半峰值灵敏度的波长范围。
• 峰值灵敏度波长 (λP)：940 nm（典型值）。器件对此红外波长最为敏感。
• 开路电压 (VOC)：在940nm波长、辐照度 (Ee) 为1 mW/cm²的条件下，典型值为0.42 V。
• 短路电流 (ISC)：在相同测试条件（Ee=1mW/cm²， λp=940nm）下，典型值为4.3 μA。
• 反向光电流 (IL)：在VR=5V， Ee=1mW/cm²， λp=940nm条件下，最小值为3.9 μA，典型值为6 μA。这是二极管在反向偏置并被照射时产生的光电流。
• 反向暗电流 (ID)：在VR=10V、完全黑暗（Ee=0mW/cm²）条件下，最大值为10 nA。这是即使没有光照时也会流动的微小漏电流。
• 反向击穿电压 (VBR)：在黑暗中，反向电流 (IR) 为100μA时测得的最小值为32 V。
• 总电容 (Ct)：在VR=5V、频率1MHz条件下，典型值为10 pF。较低的电容可实现更快的开关速度。
• 上升/下降时间 (tr/tf)：在VR=10V、负载电阻 (RL) 为100Ω条件下，典型值为10 ns / 10 ns，表明其响应速度极快，适用于脉冲光检测。
• 视角 (2θ1/2)：45°（典型值）。这定义了器件保持灵敏度的角度视场范围。

相关应用中，光强容差为±10%，主波长容差为±1nm，正向电压容差为±0.1V。

3. 性能曲线分析

规格书提供了多条特性曲线，用以说明器件在不同条件下的行为。这些曲线对于设计工程师预测实际应用场景中的性能至关重要。

3.1 功耗与环境温度关系

该曲线显示，当环境温度超过25°C时，最大允许功耗会随之降低。设计人员必须相应地降额处理能力，以确保长期可靠性。

3.2 光谱灵敏度

光谱响应曲线证实了器件在940nm处的峰值灵敏度及其从约760nm到1100nm的有效范围。它突显了该器件适用于使用常见红外LED的应用。

3.3 反向暗电流与环境温度关系

暗电流随温度呈指数增长。对于在高温环境下运行的应用，此曲线至关重要，因为较高的暗电流会增加噪声，并可能影响弱光条件下的信噪比。

3.4 反向光电流与辐照度 (Ee) 关系

该图展示了在指定范围内，产生的光电流 (IL) 与入射光强度（辐照度）之间的线性关系。它证实了器件可预测且线性的光度响应。

3.5 端电容与反向电压关系

结电容 (Ct) 随反向偏置电压的增加而减小。对于高速应用，较低的电容是理想的，此曲线有助于选择最佳的工作偏置点。

3.6 响应时间与负载电阻关系

该曲线显示了上升和下降时间 (tr/tf) 如何受外部负载电阻 (RL) 值的影响。使用较小的负载电阻可实现更快的响应，但这会牺牲信号幅度。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

器件采用标准的3mm径向引线封装。尺寸图规定了主体直径、引脚间距和引脚尺寸。所有未注公差为±0.25mm。透镜颜色为黑色。

4.2 极性识别

阴极（负极端子）通常通过封装体上的平面或较长的引脚来标识。在电路组装过程中必须注意正确的极性，以确保正常的反向偏置工作。

5. 焊接与组装指南

该元件适用于标准的PCB组装工艺。

• 回流焊：最高焊接温度为260°C，在此温度或以上的时间不得超过5秒，以防止对塑料封装和半导体芯片造成热损伤。
• 手工焊接：如需手工焊接，应使用温控烙铁，并尽量减少接触时间（通常每个引脚少于3秒）。
• 清洗：使用与塑料封装材料兼容的清洗剂。
• 储存：在规定的储存温度范围（-40°C至+100°C）内，储存于干燥、防静电的环境中。

6. 包装与订购信息

6.1 包装数量规格

标准包装如下：每袋200-1000片，每盒4袋，每箱10盒。这为样机开发和批量生产提供了灵活性。

6.2 标签格式规格

产品标签包含用于追溯和识别的关键信息：

• CPN：客户产品编号
• P/N：产品编号（例如，PD204-6B/L3）
• QTY：包装数量
• CAT, HUE, REF：光强、主波长和正向电压的分档等级（如适用）。
• LOT No：生产批号，用于追溯。
• X：生产月份。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

PD204-6B/L3非常适合各种光电传感应用，包括：

• 自动门传感器：检测红外光束的中断，以触发门的开/关机制。
• 复印机和打印机：用于纸张检测、边缘感应或墨粉量监控。
• 游戏机/街机系统：用于物体检测、交互控制或位置感应。
• 通用红外传感：遥控接收器、接近传感器以及需要快速、可靠检测940nm红外光的工业自动化领域。

7.2 设计注意事项

• 偏置电路：在反向偏置（光电导模式）下操作光电二极管，以获得最佳速度和线性度。如规格所示，典型的反向电压为5V至10V。
• 负载电阻 (RL)：根据响应速度（带宽）和输出电压摆幅之间的权衡来选择RL。推荐使用跨阻放大器 (TIA) 电路将微弱的光电流转换为可用的电压，同时保持高速和低噪声。
• 光学考虑：确保与光源（通常是940nm的红外LED）正确对准。应考虑45°视角的视场范围。使用光学滤波器有助于阻挡不需要的环境光，尤其是可见光。
• 降噪：对于敏感应用，应屏蔽器件及其电路免受电噪声干扰。保持走线短，使用旁路电容，并考虑高温下暗电流的影响。

8. 技术对比与差异化

与响应时间较慢的标准光电二极管或光电晶体管相比，PD204-6B/L3具有显著优势：

• 高速：上升/下降时间为10ns，比许多通用光电晶体管快得多，能够检测快速调制的信号。
• PIN结构：PIN光电二极管结构比标准PN光电二极管提供更宽的耗尽区，从而具有更低的结电容（10pF）和更高的速度。
• 优化光谱：940nm的峰值灵敏度与常见、低成本红外LED的输出精确匹配，最大化系统效率。
• 标准封装：3mm径向封装是常见的行业外形尺寸，易于集成到现有设计中，并与标准PCB封装兼容。

9. 常见问题解答 (基于技术参数)

9.1 工作在光伏模式（零偏压）和光电导模式（反向偏压）有何区别？

在光伏模式（V_R=0V）下，光电二极管产生电压（V_OC）。此模式暗电流为零，但响应较慢，线性度较差。PD204-6B/L3规格中列出VOC=0.42V。在光电导模式（施加反向偏压，例如V_R=5V）下，施加外部电压。这降低了结电容（从而实现更快的响应，如10ns的tr/tf所示），改善了线性度，并允许更大的有源区，但引入了暗电流（I_D）。对于本器件预期的高速应用，推荐使用光电导模式。

9.2 如何将光电流 (I_L) 转换为可测量的电压？

最简单的方法是串联一个负载电阻（R_L）。输出电压为 V_out = I_L * R_L。然而，随着R_L的增加，RC时间常数（与二极管电容相关）会增加，从而减慢响应速度（如响应时间与负载电阻关系曲线所示）。为了获得最佳性能，尤其是在电流小且需要速度的情况下，跨阻放大器 (TIA) 是首选电路。它提供稳定、低阻抗的输出电压（V_out = -I_L * R_f），同时将光电二极管保持在虚地，最大限度地减少电容的影响。

9.3 暗电流为何重要，温度如何影响它？

暗电流 (I_D) 是无光照时流动的噪声电流。它设定了可检测光的下限。规格书规定在25°C时最大为10nA。该电流大约每升高10°C就翻倍。因此，在高温环境或极弱光检测中，暗电流可能成为重要的噪声源，必须在电路设计中加以考虑（例如，通过温度补偿或同步检测技术）。

9.4 该传感器能否用于940nm以外的光源？

可以，但灵敏度会降低。光谱响应曲线显示其在760nm至1100nm范围内具有显著的灵敏度。例如，它会对850nm的LED产生响应，但在相同光强下产生的光电流将低于使用940nm光源的情况。为进行精确设计，请始终参考相对光谱灵敏度曲线（如果提供完整版），或计算所需波长下的响应度。

10. 实用设计案例分析

设计案例：用于安全门的红外光束阻断传感器。

目标：创建一个可靠、快速的传感器，用于检测物体何时中断不可见的红外光束，从而触发安全警报。

实现方案：

1. 发射器：一个940nm红外LED由脉冲电流驱动（例如，38kHz下的20mA脉冲），以提供抗环境光干扰能力并降低平均功耗。
2. 接收器：PD204-6B/L3放置在发射器对面，在其45°视角内对准。它通过一个负载电阻反向偏置在5V。
3. 信号调理：来自光电二极管的小交流光电流信号（叠加在直流暗电流上）被馈入一个调谐到38kHz的高增益带通放大器。这滤除了直流环境光和低频噪声。
4. 检测：然后，放大后的信号被整流并与一个阈值进行比较。当光束未被阻断时，存在强的38kHz信号，比较器输出为高电平。当物体阻断光束时，信号消失，导致比较器切换为低电平并激活警报。

为何PD204-6B/L3适用：其10ns的快速响应时间轻松处理38kHz调制信号。在940nm处的高灵敏度确保了来自匹配红外LED的良好信噪比。低电容使得即使带有必要的滤波元件，电路也能保持快速响应。

11. 工作原理

像PD204-6B/L3这样的PIN光电二极管基于内光电效应原理工作。器件结构由一个宽的、轻掺杂的本征（I）半导体区域夹在P型和N型区域之间构成。当能量大于半导体带隙的光子（例如，硅在940nm的红外光）撞击本征区时，它们会产生电子-空穴对。当二极管被反向偏置时，耗尽区（延伸穿过本征层）的内建电场将这些电荷载流子扫向各自的端子，产生与入射光强度成正比的光电流 (I_L)。宽的本征区降低了电容，并允许有效收集更大体积内产生的载流子，从而有助于提高速度和灵敏度。

12. 行业趋势与背景

像PD204-6B/L3这样的光电探测器是不断增长的光电子和传感领域的基础元件。当前推动此类器件需求的趋势包括：

• 自动化与工业4.0：在制造业中，越来越多地使用非接触式传感器进行位置、存在和质量控制。
• 消费电子：集成到设备中用于接近感应（例如，通话时关闭智能手机屏幕）、环境光感应以控制显示亮度以及手势识别。
• 物联网 (IoT)：用于智能家居设备、安全系统和环境监测的低功耗、可靠传感器。
• 技术进步：总体趋势是更高的集成度（例如，带有片上放大器的光电二极管）、更小的封装（表面贴装器件）、更低的功耗以及在特定波长（如LiDAR、生物医学传感和光通信应用）的增强性能。像PD204-6B/L3这样的器件代表了满足主流红外传感需求的成熟、可靠且经济高效的解决方案。

13. 免责声明与使用说明

源自规格书免责声明的关键使用指南包括：

1. 规格如有更改，恕不另行通知。设计时请务必参考最新的官方规格书。
2. 在正常储存条件下，产品自发货之日起12个月内符合其公布的规格。
3. 特性曲线显示的是典型性能，而非保证的最小值或最大值。设计时应留有适当的余量。
4. 严格遵守绝对最大额定值。超出这些限制的操作可能导致立即或潜在的故障。制造商对因误用造成的损坏不承担任何责任。
5. 本信息为专有信息。未经许可，禁止复制。
6. 本组件并非为医疗生命支持、汽车控制、航空或军事系统等安全关键应用而设计或认证。对于此类应用，请联系制造商获取专门认证的产品。