PD438B 4.8mm 半透镜硅PIN光电二极管规格书 - 4.8mm直径 - 黑色透镜 - 简体中文技术文档

1. 产品概述

PD438B 是一款高性能硅PIN光电二极管，专为需要快速响应和高红外光灵敏度的应用而设计。它采用紧凑的圆柱形侧视塑料封装，直径为4.8毫米。该器件的一个关键特性是其环氧树脂封装，其配方使其能够充当集成的红外 (IR) 滤光片。这种内置滤光片在光谱上与常见的红外发射器相匹配，通过选择性透过目标红外波长同时衰减不需要的可见光，从而提高了信噪比。

PD438B 的核心优势包括其快速响应时间、高光敏度和低结电容，使其适用于高速检测电路。该器件采用无铅材料制造，并符合RoHS和欧盟REACH等相关环保法规，确保其适用于现代电子制造。

这款光电二极管的主要目标市场和应用领域是消费电子和工业传感。它非常适合用作相机、录像机和摄像机等系统中的高速光电探测器。其特性也使其成为各种光电开关和传感模块中的可靠组件，在这些应用中，精确检测红外信号至关重要。

2. 深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

该器件设计为在规定的环境和电气限制范围内可靠工作。超过这些绝对最大额定值可能会导致永久性损坏。

• 反向电压 (VR):32 V。这是可以施加在光电二极管引脚两端的最大反向偏置电压。
• 功耗 (Pd):150 mW。此额定值考虑了器件可以处理的总功率，主要来自偏置下的反向漏电流。
• 工作温度 (Topr):-40°C 至 +85°C。光电二极管在正常工作期间保证性能的温度范围。
• 存储温度 (Tstg):-40°C 至 +100°C。器件在未通电时的安全温度范围。
• 焊接温度 (Tsol):最高260°C，持续时间不超过5秒。这定义了回流焊接的温度曲线限制，以防止封装损坏。

2.2 光电特性

这些参数在25°C的标准温度下测量，定义了PD438B的核心光电探测性能。

• 光谱带宽 (λ0.5):400 nm 至 1100 nm。这定义了光电二极管响应度至少为其峰值一半的波长范围。它确认了从可见蓝光到近红外的灵敏度。
• 峰值灵敏度波长 (λp):940 nm (典型值)。光电二极管对此波长的红外光最敏感，这是许多红外LED和遥控系统的标准波长。
• 开路电压 (VOC):在940nm波长、5 mW/cm²辐照度 (Ee) 下为0.35 V (典型值)。这是在指定光照条件下，光电二极管在光伏模式（无外部偏置）下产生的电压。
• 短路电流 (ISC):在940nm波长、1 mW/cm²辐照度下为18 µA (典型值)。这是当二极管引脚短路时产生的光电流，代表了其在给定光照水平下的最大电流输出。
• 反向光电流 (IL):在940nm波长、1 mW/cm²辐照度、VR=5V条件下为18 µA (典型值)。这是在二极管反向偏置时测量的光电流，这是高速和线性响应的标准工作模式。
• 暗电流 (Id):在完全黑暗、VR=10V条件下为5 nA (典型值)，30 nA (最大值)。这是即使在没有光线时也会流过的小漏电流。低暗电流对于检测微弱光信号至关重要。
• 反向击穿电压 (BVR):170 V (典型值)，32 V (最小值)。反向电流急剧增加的电压。工作反向电压应始终远低于此值。
• 总电容 (Ct):在VR=3V、1 MHz条件下为25 pF (典型值)。此结电容直接影响器件的速度；较低的电容可实现更快的响应时间。
• 上升/下降时间 (tr/tf):在VR=10V、负载电阻 (RL) 为1 kΩ条件下为50 ns / 50 ns (典型值)。这些参数指定了光电二极管输出电流响应光脉冲的变化速度，定义了其高速能力。

关键参数的容差已规定：发光强度 (±10%)、主波长 (±1nm) 和正向电压 (±0.1V)，以确保生产批次的一致性。

3. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，说明了关键参数如何随工作条件变化。这些对于电路设计人员至关重要。

3.1 光谱灵敏度

光谱响应曲线显示了光电二极管在不同波长下的相对灵敏度。由于集成了红外滤光环氧树脂，其峰值将尖锐地出现在940 nm附近，而在可见光谱 (400-700 nm) 中的灵敏度显著降低。此曲线对于确保探测器与发射器波长匹配至关重要。

3.2 暗电流与环境温度关系

此曲线通常显示暗电流 (Id) 随着环境温度升高呈指数增长。设计人员必须在高温应用或检测极弱光信号时考虑这种增加的噪声基底。

3.3 反向光电流与辐照度 (Ee) 关系

此图展示了当二极管反向偏置时，入射光功率（辐照度）与产生的光电流 (IL) 之间的线性关系。线性度是PIN光电二极管的一个关键特性，使其适用于光测量应用。

3.4 端电容与反向电压关系

结电容 (Ct) 随着反向偏置电压 (VR) 的增加而减小。此曲线允许设计人员选择工作偏置电压，以优化速度（较高电压下电容较低）与功耗/热量之间的权衡。

3.5 响应时间与负载电阻关系

上升/下降时间 (tr/tf) 受光电二极管结电容和外部负载电阻 (RL) 形成的RC时间常数影响。此曲线显示了响应时间如何随着负载电阻增大而增加，从而指导在跨阻放大器电路中选择RL以实现所需的速度。

3.6 功耗与环境温度关系

此降额曲线指示了最大允许功耗与环境温度的函数关系。随着温度升高，器件可以安全处理的最大功率线性下降，这对于系统设计中的热管理至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

PD438B 采用圆柱形侧视封装，标称直径为4.8毫米。规格书中的详细机械图纸提供了所有关键尺寸，包括本体直径、长度、引脚间距和引脚直径。除非另有说明，所有封装尺寸的标准公差为±0.25毫米。侧视配置专为光路平行于PCB表面的应用而设计。

4.2 极性识别

光电二极管是有极性的元件。阴极通常通过较长的引脚、封装上的平面或特定标记来识别。规格书的封装图清楚地标明了阳极和阴极连接，在组装过程中必须遵守这些标识，以确保正确的偏置（正常工作需要反向偏置）。

5. 焊接与组装指南

为了保持可靠性并防止组装过程中的损坏，必须遵循特定的焊接条件。

• 回流焊接:该组件适用于使用回流焊接技术的表面贴装组装。峰值焊接温度不得超过260°C，且高于此温度的时间应限制在5秒或更短，以防止环氧树脂封装和半导体芯片受到热损伤。
• 手工焊接:如果必须进行手工焊接，应使用温控烙铁。应尽量减少与引脚的接触时间，并建议在焊点和封装本体之间的引脚上进行散热。
• 存储条件:器件应储存在其原始的防潮袋中，环境应控制在-40°C至+100°C的存储温度范围内，并保持低湿度，以防止引脚氧化。

6. 包装与订购信息

6.1 包装规格

PD438B 的标准包装流程如下：500片装在一个防静电袋中。六个这样的袋子放入一个内盒。最后，十个内盒装入一个主运输（外）箱，每个主箱总计30,000片。

6.2 标签规格

包装上的标签包含几个关键标识符：

• CPN:客户产品编号（如已分配）。
• P/N:制造商产品编号 (PD438B)。
• QTY:包装内器件的数量。
• CAT, HUE, REF:分别代表发光强度等级、主波长等级和正向电压等级的代码，适用于分档产品。
• LOT No:可追溯的生产批号。

7. 应用说明与设计考量

7.1 典型应用电路

PD438B 最常用于以下两种电路配置之一：

1. 光伏模式（零偏置）:光电二极管直接连接到高阻抗负载（如运算放大器输入）。此模式提供最小的暗电流和噪声，但响应较慢，线性度较低。适用于低速、精密的光测量。
2. 光电导模式（反向偏置）:光电二极管连接方式为阴极接正电压，阳极接虚地（例如，跨阻放大器的反相输入）。这是推荐用于PD438B以发挥其高速能力的模式。反向偏置降低了结电容（提高速度）并改善了线性度。跨阻放大器中的反馈电阻值设定了增益（Vout = Iphoto * Rfeedback）。

7.2 设计考量

• 偏置电压选择:选择一个反向偏置电压（例如，5V至10V），在速度（较低电容）和功耗之间取得良好平衡。不要超过32V的最大反向电压。
• 放大器选择:对于高速应用，将PD438B与配置为跨阻放大器的低噪声、高带宽运算放大器配对。放大器的输入偏置电流和电压噪声应较低，以免降低光电二极管的信号质量。
• PCB布局:将光电二极管及其相关放大器靠近放置，以最小化敏感高阻抗节点上的寄生电容和噪声拾取。在光电二极管的阳极连接周围使用连接到低阻抗点（如放大器输出或接地层）的保护环，以减少漏电流。
• 光学对准:确保红外发射器和光电二极管之间正确的机械对准。侧视封装专为此设计。考虑使用管状物或屏障来阻挡环境光和串扰。

8. 技术对比与差异化

PD438B 通过以下几个关键特性在市场中脱颖而出：

• 集成红外滤光片:环氧树脂封装本身充当滤光片，无需单独的滤光片组件，减少了零件数量、成本并简化了组装。
• 侧视封装:圆柱形侧视外形非常适合光路平行于PCB的应用，例如槽型传感器、边缘检测系统和某些类型的编码器。
• 均衡性能:它提供了速度 (50 ns)、灵敏度 (1 mW/cm²下18 µA) 和低暗电流的均衡组合，使其成为广泛中高速红外检测任务的通用选择。
• 环保合规:其无铅结构以及符合RoHS和REACH法规，使其适用于具有严格环保法规的全球市场。

9. 常见问题解答 (FAQ)

Q1: 黑色环氧树脂透镜的用途是什么？

A1: 黑色环氧树脂不仅是为了外观；其配方使其成为一种有效的红外滤光片。它透射目标红外波长（峰值在940 nm），同时吸收大部分可见光，显著减少了来自室内照明等环境光源的干扰。

Q2: 我应该使用反向偏置电压还是不用来操作PD438B？

A2: 对于高速操作（如其50 ns的上升时间所示），强烈建议在光电导模式下使用反向偏置操作PD438B，通常偏置电压在5V至10V之间。这可以降低结电容，并改善线性度和速度。

Q3: 如何将光电流转换为可用的电压信号？

A3: 最常见且有效的方法是使用跨阻放大器 (TIA) 电路。光电二极管连接在运算放大器的反相输入和输出之间，反馈电阻决定增益（Vout = -Iphoto * Rf）。通常会在电阻两端并联一个小反馈电容，以稳定电路并限制带宽。

Q4: "暗电流"参数的意义是什么？

A4: 暗电流是光电二极管在完全黑暗且处于反向偏置时流过的小电流。它充当噪声源。较低的暗电流（PD438B典型值为5 nA）意味着器件可以检测更弱的光信号，而信号不会被其自身的噪声所掩盖。

Q5: 这个光电二极管可以用于可见光检测吗？

A5: 虽然其光谱范围从400 nm（紫色）开始，但其在可见光谱中的灵敏度被红外滤光环氧树脂透镜大大衰减。其峰值灵敏度明确位于940 nm的红外区域。对于主要的可见光检测，使用没有红外滤光封装的光电二极管会更合适。

10. 工作原理

PIN光电二极管是一种半导体器件，具有一个宽的、轻掺杂的本征 (I) 区，夹在P型和N型区之间。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。在外加反向偏置电场的作用下，这些电荷载流子被分离，产生与入射光强度成正比的光电流。宽本征区带来了几个优点：它创建了更大的耗尽区用于光子吸收（提高灵敏度），降低了结电容（提高速度），并允许在更高的反向电压下工作。PD438B使用硅材料，其带隙适合检测从可见光到近红外光谱的光。

11. 免责声明与使用说明

本技术文档中包含的信息如有更改，恕不另行通知。提供的图表和典型值仅供设计参考，不代表保证的规格。在实施此组件时，设计人员必须严格遵守绝对最大额定值，以防止器件故障。对于因在指定工作条件之外使用本产品而造成的任何损坏，制造商不承担任何责任。未经事先咨询和特定认证，本产品不适用于安全关键、生命支持、军事、汽车或航空航天应用。