PD333-3C/H0/L2 5mm光电二极管规格书 - 5mm直径 - 32V反向电压 - 940nm峰值灵敏度 - 中文技术文档

1. 产品概述

PD333-3C/H0/L2是一款高速、高灵敏度的硅PIN光电二极管，采用标准的5mm直径塑料封装。该器件专为需要快速光学检测的应用而设计，利用了其较小的结电容和快速的响应时间。采用水清环氧树脂作为透镜材料，使其对包括可见光和红外辐射在内的宽光谱敏感，其峰值灵敏度位于近红外区域。其主要设计目标是在紧凑、经济高效的传感解决方案中提供可靠的性能。

2. 技术参数深度解析

本节对规格书中指定的关键电气和光学参数进行客观分析。

2.1 绝对最大额定值

该器件的最大反向电压（VR）额定值为32V，这定义了在不冒永久损坏风险的情况下可施加的偏置电压上限。工作温度范围（Topr）为-25°C至+85°C，适用于大多数商业和工业环境。存储温度范围更宽，为-40°C至+100°C。焊接温度（Tsol）规定为260°C，这是无铅回流焊工艺的标准峰值温度。在环境温度25°C或以下时，功耗（Pc）为150 mW，这是应用电路中热管理的关键参数。

2.2 光电特性

光谱响应范围宽，覆盖带宽（λ0.5）从400 nm到1100 nm，典型峰值灵敏度波长（λP）为940 nm。这使其成为红外传感应用（例如使用850nm或940nm红外LED的应用）的理想选择。关键灵敏度参数包括：在940nm、辐照度（Ee）为1 mW/cm²条件下测得的典型开路电压（VOC）为0.39V，短路电流（ISC）为40 μA。在5V反向偏压下，相同辐照度条件下的典型反向光电流（IL）为40 μA。反向暗电流（ID）是弱光性能的关键参数，在VR=10V时典型值为5 nA，最大值为30 nA。总结电容（Ct）在VR=5V和1 MHz下典型值为18 pF，这直接影响器件的速度。在VR=10V和100Ω负载电阻（RL）下测量时，上升和下降时间（tr/tf）典型值均为45 ns，证实了其高速能力。视角（2θ1/2）为80度。

3. 性能曲线分析

规格书包含几条典型的性能曲线，说明了关键参数如何随工作条件变化。这些曲线对于设计工程师预测实际性能至关重要。

3.1 光谱灵敏度

光谱灵敏度曲线显示了光电二极管在大约400 nm至1100 nm波长范围内的相对响应度。曲线在940 nm附近达到峰值，证实了其对近红外光的优化。在深可见光区域和1100 nm以上，灵敏度显著下降。

3.2 温度依赖性

两条曲线突出了温度影响：功耗与环境温度关系曲线，以及反向暗电流与环境温度关系曲线。功耗降额曲线显示了当环境温度超过25°C时，最大允许功耗如何降低。暗电流曲线表明ID随温度呈指数增长，这是半导体结的常见特性。这对于在高温下运行的应用至关重要，因为增加的暗电流会抬高噪声基底。

3.3 线性度与动态响应

反向光电流与辐照度（Ee）关系曲线说明了光电二极管的线性度。在指定的辐照度范围内，光电流（IL）应随入射光功率线性增加。响应时间与负载电阻关系曲线显示了上升/下降时间（tr/tf）如何随负载电阻（RL）增大而增加。对于高速应用，需要使用低值负载电阻（如规格中使用的100Ω），尽管它产生的输出电压摆幅较小。

3.4 电容与电压关系

终端电容与反向电压关系曲线显示，结电容（Ct）随反向偏置电压增加而减小。这是由于耗尽区变宽所致。因此，施加更高的反向偏压（在限制范围内）可以通过减小电容来提高速度，但代价是可能产生更高的暗电流。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该器件采用标准的径向引线5mm（T-1 3/4）封装。详细的尺寸图规定了直径、引脚间距、引脚长度和透镜形状。一个关键注释指明，除非另有说明，尺寸公差为±0.25mm。阳极和阴极已标识，较长的引脚通常为阳极（光伏模式下的正极）。

4.2 极性识别

极性通过引脚长度指示。较长的引脚是阳极（P侧），较短的引脚是阴极（N侧）。在光电导模式（反向偏置）下工作时，阴极应连接到正电源电压。

5. 焊接与组装指南

焊接温度的绝对最大额定值为260°C。这与常见的无铅回流焊曲线相符。手工焊接时，应注意尽量减少热暴露时间，以防止损坏塑料封装和环氧树脂透镜。器件应在规定的存储温度范围（-40°C至+100°C）内和干燥环境中存储，以防止吸湿，吸湿可能会影响回流焊期间的可靠性。

6. 包装与订购信息

6.1 包装规格

标准包装方式为：每袋200-500片，每内盒5袋，每外箱10个内盒。

6.2 标签规格

包装上的标签包含多个字段：CPN（客户产品编号）、P/N（产品编号）、QTY（包装数量）、LOT No.（批次号，用于追溯）和日期代码。这便于库存管理和追溯。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

规格书列出了：高速光电检测、安防系统和相机。具体来说，这款光电二极管非常适合以下应用：

• 红外遥控接收器：与940nm红外LED和解调IC配对使用。
• 光学编码器：用于打印机、电机或工业设备中的速度和位置传感。
• 环境光传感（ALS）：用于设备中的显示屏背光控制，但其红外灵敏度可能需要滤波才能进行准确的可见光测量。
• 简单物体检测：与红外光源结合，用于接近传感或遮断式光束传感器。
• 脉搏血氧仪（在医疗设备中，需具备相应资质）：感应红光和红外光，但需要医疗认证。

7.2 设计考量

偏置配置：对于高速或线性响应，请在光电导模式（反向偏置）下使用光电二极管。通常使用跨阻放大器（TIA）电路将光电流转换为电压。TIA中的反馈电阻和电容必须根据所需带宽和光电二极管的电容（典型值18 pF）来选择。

噪声最小化：保持光电二极管引线短，并使用保护布局，以最小化寄生电容和电磁干扰拾取。对于弱光应用，可考虑冷却器件以降低暗电流噪声。

光学考量：水清透镜允许可见光和红外光通过。如果只需要红外检测，可以添加红外透过滤光片以阻挡可见光并减少来自环境可见光源的噪声。80度的视角提供了宽广的视场；如果需要，可以使用光学孔径或透镜来缩小视场。

8. 技术对比与差异化

与标准PN光电二极管相比，像PD333-3C/H0/L2这样的PIN光电二极管在P层和N层之间有一个本征（I）区。这个本征区创造了更大的耗尽区，从而带来两个关键优势：1) 更低的结电容：对于5mm器件，18 pF的电容相对较低，可实现更快的响应时间。2) 改善的线性度：更宽的耗尽区允许在更宽的偏置电压和光强范围内更有效地收集载流子。与光电晶体管相比，光电二极管通常速度更快，输出更线性，但产生的电流信号小得多，需要更复杂的放大电路。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

9.1 短路电流（ISC）与反向光电流（IL）有何区别？

ISC是在二极管两端零偏压（光伏模式）下测量的，而IL是在指定的反向偏压（光电导模式）下测量的。IL通常非常接近ISC，但并不完全相同。规格书显示，在相同测试条件下，两者的典型值均为40 μA。

9.2 为什么暗电流很重要？

暗电流是在没有光照时也存在的微小电流。它设定了传感器的噪声基底。在弱光应用中，低暗电流（此处典型值为5 nA）对于实现良好的信噪比至关重要。

9.3 如何为我的应用选择负载电阻（RL）？

选择需要在速度和输出幅度之间进行权衡。小的RL（例如50Ω）能提供快速响应（参见tr/tf与RL关系曲线），但输出电压较小（Vout = IL * RL）。大的RL能提供更大的电压，但由于光电二极管电容和RL形成的RC时间常数，响应速度较慢。对于数字脉冲检测，通常优先考虑速度。

9.4 我可以将其与红光LED等可见光源一起使用吗？

可以，光谱响应曲线显示其对低至400 nm的波长仍有显著灵敏度。然而，其在650 nm（红光）处的响应度将低于其940 nm峰值。与使用相同光功率的红外光源相比，您将获得较小的信号。

10. 设计使用案例研究

案例：设计红外数据链路接收器。一位设计师需要接收来自940nm红外LED、频率为38 kHz（常见的遥控频率）的调制数据。他们选择PD333-3C/H0/L2是因为其在940nm处的高灵敏度和快速响应（45 ns的上升时间对于38 kHz绰绰有余）。光电二极管在5V下反向偏置。输出连接到专用的红外接收IC（该IC包含TIA、调谐至38 kHz的带通滤波器和解调器）。设计师将光电二极管放置在靠近IC输入引脚的位置，使用短走线，并在偏置电源附近添加一个小型去耦电容以最小化噪声。在光电二极管前面放置一个红外透光窗口，以阻挡可见光并减少来自荧光灯（可能以100/120 Hz闪烁）的干扰。

11. 工作原理

PIN光电二极管是一种将光转换为电流的半导体器件。当能量大于半导体带隙的光子撞击器件时，它们会在本征区产生电子-空穴对。在内建电场（光伏模式下）或外加反向偏压（光电导模式下）的影响下，这些电荷载流子被分离，产生与入射光功率成比例的可测量光电流。"I"（本征）层是关键：它是轻掺杂的，创造了一个宽的耗尽区，从而降低了电容以提高速度，并通过提供更大的体积来吸收光子来提高量子效率。

12. 技术趋势

光电二极管技术的总体趋势是向更高集成度、更低噪声和更强应用特异性发展。这包括开发具有片上放大功能的光电二极管（集成光电二极管-放大器组合）、用于成像或多通道传感的阵列，以及具有定制光谱响应或内置光学滤波器的器件。同时，人们也在持续研究超越硅的材料（如InGaAs）以用于扩展的红外范围检测。对于像5mm PIN光电二极管这样的标准商业元件，重点仍然是降低成本、提高可靠性，并在保持速度和灵敏度等关键性能指标的同时，实现更严格的参数分布。