PD333-3B/L4 光电二极管规格书 - 5mm 半透镜 - 硅PIN - 黑色封装 - 简体中文技术文档

1. 产品概述

PD333-3B/L4是一款高速、高灵敏度的硅PIN光电二极管，采用圆柱形侧视塑料封装。其显著特点是集成了兼具红外（IR）滤光片功能的环氧树脂封装，使其光谱特性与常见的红外发射器相匹配。这种集成设计简化了光学设计，减少了对额外滤光元件的需求。该器件专为需要快速响应时间和可靠红外光检测的应用而设计，尤其适用于940nm波长范围。

其主要优势包括快速响应时间、高光敏度以及低结电容，这些特性对于高速应用中的信号完整性至关重要。该元件符合RoHS和欧盟REACH法规，并采用无铅工艺制造，符合现代电子元件的环保与安全标准。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

为确保可靠性并防止损坏，该器件规定了特定的环境和电气极限工作范围。最大反向电压（VR）为32V。功耗（Pd）额定值为150mW。引脚焊接温度（Tsol）最高可承受260°C，持续时间不超过5秒，这与标准的回流焊接工艺兼容。工作温度范围（Topr）为-40°C至+85°C，存储温度范围（Tstg）为-40°C至+100°C，表明其在广泛条件下均具有稳健的性能。

2.2 光电特性

该光电二极管的性能参数在标准条件（Ta=25°C）下定义。其光谱带宽（λ0.5）范围为840nm至1100nm，峰值灵敏度（λp）位于940nm。这使其非常适合与940nm红外LED配合使用。关键电气参数包括：在940nm波长、5mW/cm²照度下的典型开路电压（VOC）为0.42V；在940nm波长、1mW/cm²照度下的典型短路电流（ISC）为10µA。

反向光电流（IL），即在反向偏压下产生的光电流，典型值为12µA（VR=5V，Ee=1mW/cm²，λp=940nm）。暗电流（Id）是弱光灵敏度的一个关键参数，其最大值规定为10nA（VR=10V）。反向击穿电压（BVR）最小值为32V，典型值为170V。在VR=5V和1MHz条件下，总端子电容（Ct）典型值为5pF，这一低值有助于器件实现高速性能。

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。这些图表对于设计工程师预测器件在标准测试条件之外的实际应用性能至关重要。

3.1 热学与光学特性

图1显示了允许功耗与环境温度之间的关系。随着温度升高，最大允许功耗线性下降，这是半导体器件的标准降额特性。图2描绘了光谱灵敏度曲线，确认了在940nm处的峰值响应，以及在灵敏度降至峰值一半时定义的截止点840nm和1100nm。

3.2 电流与照度及温度的关系

图3说明了暗电流（Id）如何随环境温度升高呈指数增长。这是半导体结的基本特性，对于在高温下运行的应用至关重要，因为增大的暗电流会抬高噪声基底。图4显示了反向光电流（IL）与辐照度（Ee）之间的线性关系，展示了光电二极管可预测且线性的光电流生成特性。

3.3 电容与响应时间

图5绘制了端子电容随反向电压变化的曲线。电容随反向偏压增加而减小，这是PIN光电二极管的典型行为。较低的电容可实现更快的响应时间。图6显示了响应时间与负载电阻之间的关系。由于结电容与外部负载形成的RC时间常数，响应时间随负载电阻增大而增加。对于高速应用，通常使用低阻值负载电阻（例如50Ω），但这会以牺牲信号幅度来换取速度。

4. 机械与封装信息

PD333-3B/L4采用圆柱形侧视封装。封装本体为黑色，有助于减少内部反射和杂散光干扰。“半透镜”设计有助于将入射光聚焦到有效硅区域，从而提高有效灵敏度。规格书中提供了详细的封装尺寸，所有尺寸均以毫米为单位。机械安装的关键公差通常为±0.25mm。侧视方向特别适用于光路平行于PCB表面的应用，例如槽型传感器或边缘检测系统。

5. 焊接与组装指南

该元件适用于标准PCB组装工艺。引脚焊接温度的绝对最大额定值为260°C。至关重要的是，在此温度下的焊接时间不得超过5秒，以防止损坏塑料封装或内部半导体芯片。适用于无铅组件的标准红外回流焊或波峰焊曲线通常适用。正确处理以避免透镜表面污染对于保持光学性能至关重要。存储应在-40°C至+100°C的规定温度范围内，并置于干燥环境中。

6. 包装与订购信息

标准包装规格为每袋500件，每盒5袋，每箱10盒。这种散装包装是自动化装配线的典型配置。包装标签包含用于追溯和验证的关键信息：客户生产编号（CPN）、生产编号（P/N）、包装数量（QTY）、质量等级（CAT）、峰值波长（HUE）、参考代码（REF）以及生产批号。同时标明了生产月份。用户应将标签信息与其内部记录以及规格书参数进行交叉核对。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

PD333-3B/L4非常适合多种关键应用。作为高速光电探测器，它可用于使用红外光的数据通信链路、条形码扫描仪或脉冲检测系统。将其集成到相机中，可用于自动对焦辅助系统或测光。在光电开关中，它构成光遮断器或反射式传感器的接收端，常见于打印机、编码器和安全光幕中。其在录像机和摄像机中的应用历史上与磁带末端传感器或遥控接收器有关，尽管类似原理也适用于现代消费电子产品。

7.2 设计考量

使用此光电二极管进行设计时，必须考虑几个因素。关于偏置，通常采用反向偏置（光电导模式）工作以提高速度和线性度，但光伏模式（零偏置）可用于低噪声应用。跨阻放大器（TIA）电路中运算放大器的选择至关重要；它必须具有低输入偏置电流和低噪声，以避免劣化来自低暗电流光电二极管的信号。封装的红外滤光特性是有益的，但设计者必须确保光源波长（例如940nm）与峰值灵敏度对齐。对于高速操作，精心设计PCB布局以最小化光电二极管节点的寄生电容和电感至关重要。

8. 技术对比与差异化

与没有集成透镜或滤光片的标准光电二极管相比，PD333-3B/L4提供了更紧凑、更简化的光学解决方案。内置红外滤光片无需单独的滤光元件，节省了空间、成本并降低了组装复杂度。对于特定的光路几何结构，其侧视封装相比顶视封装具有明显的机械优势。相对较高的击穿电压（最小32V，典型170V）与低暗电流的结合，为许多需要良好信噪比和稳健运行的工业传感应用提供了有利的平衡。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：峰值灵敏度在940nm有何重要意义？

答：940nm是红外LED非常常见的波长，因为它对人眼不可见且具有良好的大气透射率。将光电二极管的峰值响应与发射器的波长匹配，可以最大化信号强度和系统效率。

问：暗电流规格如何影响我的设计？

答：暗电流是无光照时光电二极管的主要噪声源。低暗电流（此器件最大10nA）意味着传感器可以检测非常微弱的光信号，而不会被其自身内部噪声淹没，从而提高了灵敏度和动态范围。

问：我可以将其用于可见光检测吗？

答：集成的环氧树脂封装起到红外滤光片的作用，会显著衰减可见光。因此，此特定型号不适用于需要在可见光谱范围内具有灵敏度的应用。对于可见光检测，需要透明或具有不同滤光特性的封装。

问：我应该使用多大的负载电阻以获得最佳速度？

答：参考图6，为了获得最快的响应时间（纳秒量级），需要使用低负载电阻（例如50Ω至100Ω）。然而，这会产生较小的电压信号。跨阻放大器电路通常是最佳解决方案，既能提供高速，又能提供良好的信号增益。

10. 实际设计案例

案例：设计一个红外接近传感器

在一个典型的接近传感器中，一个红外LED发出脉冲光，PD333-3B/L4检测来自物体的反射光。内置红外滤光片在此至关重要，因为它可以阻挡环境可见光（例如来自室内照明），这些光可能会使传感器饱和或产生误触发。快速的响应时间允许LED快速脉冲，从而实现快速检测，并且在更先进的系统中，可能允许通过飞行时间或相移方法进行距离测量。侧视封装允许LED和光电二极管安装在同一PCB平面上，面向同一方向，这非常适合反射式传感。一个简单的电路可能包括通过一个大电阻为光电二极管提供5V反向偏置，并使用高速比较器或放大器来检测存在反射光时产生的电流脉冲。

11. 工作原理简介

PIN光电二极管是一种半导体器件，其结构是在一个p型（P）区和一个n型（N）区之间夹着一个宽且轻掺杂的本征（I）区。当施加反向偏压时，这种结构会产生一个大的耗尽区。能量大于半导体带隙的光子入射到器件上，会在该耗尽区内产生电子-空穴对。由于反向偏压而产生的强电场迅速分离这些载流子，使其漂移到各自的接触点，产生与入射光强度成正比的光电流。宽本征区降低了结电容（实现高速），并增加了光子吸收的体积（提高灵敏度），特别是对于像红外这样穿透深度更长的波长。

12. 技术趋势

光电二极管技术的发展趋势持续朝着更高集成度、更低噪声和更强功能性的方向前进。这包括在同一芯片或同一封装内集成放大和信号调理电路（例如光电二极管-放大器组合）。同时，为了满足科学仪器、医学成像和激光雷达等应用的需求，也推动着开发具有更低暗电流和电容的器件。使用硅以外的材料，如InGaAs，可将灵敏度进一步扩展到红外区域，用于电信和气体传感。此外，封装创新旨在提供更精确的光学特性，例如定义视场角（FOV）的透镜，以及如PD333-3B/L4所见，在封装内实现更有效的直接滤光。