光電晶體管 PD204-6B/L3 規格書 - 3mm 封裝 - 峰值靈敏度 940nm - 粵語技術文件

1. 產品概覽

PD204-6B/L3 係一款高速、高靈敏度嘅矽 PIN 光電二極管，採用標準 3mm 塑膠封裝。呢款器件嘅光譜同可見光同紅外線發光二極管匹配，其峰值靈敏度針對 940nm 波長優化，適合需要快速響應同可靠性能嘅各種感測應用。

呢個元件嘅主要優點包括快速響應時間、高光敏度同細接面電容，有助於高效信號檢測。產品符合 RoHS 同歐盟 REACH 法規，並且係無鉛 (Pb-free) 製造。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

呢款器件設計喺指定嘅環境同電氣限制內可靠運作。超過呢啲額定值可能會導致永久損壞。

• 反向電壓 (VR)：32 V - 可以施加喺光電二極管端子之間嘅最大反向偏壓電壓。
• 工作溫度 (Topr)：-25°C 至 +85°C - 器件正常運作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +100°C - 器件未通電時安全儲存嘅溫度範圍。
• 焊接溫度 (Tsol)：根據標準回流焊接曲線，最高 260°C，持續時間唔可以超過 5 秒。
• 功耗 (Pc)：喺 25°C 或以下自由空氣溫度時為 150 mW。

2.2 電光特性

呢啲參數定義咗光電晶體管喺標準測試條件 (Ta=25°C) 下嘅核心性能。

• 光譜帶寬 (λ0.5)：760 nm 至 1100 nm。呢個定義咗器件保持至少一半峰值靈敏度嘅波長範圍。
• 峰值靈敏度波長 (λP)：940 nm (典型值)。器件對呢個紅外線波長嘅光最敏感。
• 開路電壓 (VOC)：喺 940nm、輻照度 (Ee) 為 1 mW/cm² 下，典型值為 0.42 V。
• 短路電流 (ISC)：喺相同測試條件下 (Ee=1mW/cm², λp=940nm)，典型值為 4.3 μA。
• 反向光電流 (IL)：喺 VR=5V、Ee=1mW/cm²、λp=940nm 下，最小值為 3.9 μA，典型值為 6 μA。呢個係二極管反向偏壓同受光照時產生嘅光電流。
• 反向暗電流 (ID)：喺 VR=10V、完全黑暗環境下 (Ee=0mW/cm²)，最大值為 10 nA。呢個係即使冇光存在時都會流動嘅細小漏電流。
• 反向擊穿電壓 (VBR)：喺黑暗中，反向電流 (IR) 為 100μA 時測量，最小值為 32 V。
• 總電容 (Ct)：喺 VR=5V 同頻率 1MHz 下，典型值為 10 pF。較低電容可以實現更快嘅開關速度。
• 上升/下降時間 (tr/tf)：喺 VR=10V 同負載電阻 (RL) 為 100Ω 下，典型值為 10 ns / 10 ns，表示非常快速嘅響應，適合脈衝光檢測。
• 視角 (2θ1/2)：45° (典型值)。呢個定義咗器件保持靈敏度嘅角度視場。

相關應用中，光強度公差為 ±10%，主波長公差為 ±1nm，正向電壓公差為 ±0.1V。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明器件喺唔同條件下嘅行為。呢啲對於設計工程師預測實際場景中嘅性能至關重要。

3.1 功耗 vs. 環境溫度

呢條曲線顯示最大允許功耗隨著環境溫度升高超過 25°C 而降低。設計師必須相應地降低功率處理能力，以確保長期可靠性。

3.2 光譜靈敏度

光譜響應曲線確認咗器件喺 940nm 嘅峰值靈敏度，同埋佢大約從 760nm 到 1100nm 嘅有效範圍。佢突顯咗器件適合使用常見紅外線 LED 嘅應用。

3.3 反向暗電流 vs. 環境溫度

暗電流隨溫度呈指數級增長。呢條曲線對於喺高溫環境下運作嘅應用至關重要，因為較高嘅暗電流會增加噪音，並可能影響弱光條件下嘅信噪比。

3.4 反向光電流 vs. 輻照度 (Ee)

呢個圖表展示咗產生嘅光電流 (IL) 同入射光強度 (輻照度) 喺指定範圍內嘅線性關係。佢確認咗器件可預測同線性嘅光度響應。

3.5 端子電容 vs. 反向電壓

接面電容 (Ct) 隨著反向偏壓電壓增加而降低。對於高速應用，較低電容係理想嘅，呢條曲線有助於選擇最佳嘅工作偏壓點。

3.6 響應時間 vs. 負載電阻

呢條曲線顯示上升同下降時間 (tr/tf) 點樣受外部負載電阻 (RL) 嘅數值影響。使用較細嘅負載電阻可以實現更快嘅響應，但呢個會同信號幅度作出取捨。

4. 機械及封裝資料

4.1 封裝尺寸

器件採用標準 3mm 徑向引線封裝。尺寸圖指定咗本體直徑、引腳間距同引腳尺寸。所有未指定嘅公差為 ±0.25mm。透鏡顏色係黑色。

4.2 極性識別

陰極 (負極) 通常由封裝本體上嘅平面或較長嘅引腳表示。電路組裝期間必須注意正確極性，以確保正常嘅反向偏壓操作。

5. 焊接及組裝指引

呢個元件適合標準 PCB 組裝製程。

• 回流焊接：最高焊接溫度為 260°C，喺呢個溫度或以上嘅時間唔可以超過 5 秒，以防止對塑膠封裝同半導體晶片造成熱損壞。
• 手動焊接：如果需要手動焊接，應該使用溫控烙鐵，並將接觸時間減到最少 (通常每支引腳少於 3 秒)。
• 清潔：使用同塑膠封裝材料相容嘅清潔劑。
• 儲存：喺指定嘅儲存溫度範圍 -40°C 至 +100°C 內，儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中。

6. 包裝及訂購資料

6.1 包裝數量規格

標準包裝如下：每袋 200-1000 件，每盒 4 袋，每箱 10 盒。呢個為原型製作同批量生產提供咗靈活性。

6.2 標籤格式規格

產品標籤包含用於追溯同識別嘅關鍵資訊：

• CPN：客戶產品編號
• P/N：產品編號 (例如 PD204-6B/L3)
• QTY：包裝數量
• CAT, HUE, REF：光強度、主波長同正向電壓嘅分級 (如有分級)。
• LOT No：製造批次編號，用於追溯。
• X：生產月份。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

PD204-6B/L3 非常適合各種光電感測應用，包括：

• 自動門感測器：檢測紅外線光束嘅中斷，以觸發門嘅開關機制。
• 影印機同打印機：用於紙張檢測、邊緣感測或碳粉量監控。
• 遊戲機/街機系統：用於物件檢測、互動控制或位置感測。
• 通用紅外線感測：遙控接收器、接近感測器同工業自動化，需要快速、可靠地檢測 940nm 紅外線光。

7.2 設計考量

• 偏壓電路：喺反向偏壓 (光導模式) 下操作光電二極管，以獲得最佳速度同線性度。如規格所示，典型反向電壓為 5V 至 10V。
• 負載電阻 (RL)：根據響應速度 (帶寬) 同輸出電壓擺幅之間嘅所需取捨來選擇 RL。建議使用跨阻放大器 (TIA) 電路，將細小嘅光電流轉換成可用電壓，同時保持高速同低噪音。
• 光學考量：確保同光源 (通常係 940nm 嘅紅外線 LED) 正確對準。應考慮 45° 視角嘅視場。使用光學濾波器可以幫助阻擋唔需要嘅環境光，特別係可見光。
• 降噪：對於敏感應用，屏蔽器件同其電路免受電氣噪音影響。保持走線短，使用旁路電容，並考慮暗電流喺高工作溫度下嘅影響。

8. 技術比較及差異

同響應時間較慢嘅標準光電二極管或光電晶體管相比，PD204-6B/L3 提供咗明顯嘅優勢：

• 高速：上升/下降時間為 10ns，比許多通用光電晶體管快得多，能夠檢測快速調製嘅信號。
• PIN 結構：PIN 光電二極管結構提供比標準 PN 光電二極管更寬嘅耗盡區，從而實現更低嘅接面電容 (10pF) 同更高嘅速度。
• 優化光譜：940nm 嘅峰值靈敏度精確匹配常見、低成本紅外線 LED 嘅輸出，最大化系統效率。
• 標準封裝：3mm 徑向封裝係常見嘅行業外形尺寸，易於集成到現有設計中，並兼容標準 PCB 封裝。

9. 常見問題 (基於技術參數)

9.1 光電壓模式 (零偏壓) 同光導模式 (反向偏壓) 操作有咩分別？

喺光電壓模式 (V_R=0V) 下，光電二極管產生電壓 (V_OC)。呢個模式暗電流為零，但響應較慢，線性度較差。PD204-6B/L3 規格列出 VOC=0.42V。喺光導模式 (有反向偏壓，例如 V_R=5V) 下，施加外部電壓。呢個會降低接面電容 (實現更快響應，如 10ns tr/tf 所示)，改善線性度，並允許更大嘅有效區域，但會引入暗電流 (I_D)。對於呢款器件適用嘅高速應用，建議使用光導模式。

9.2 點樣將光電流 (I_L) 轉換成可測量嘅電壓？

最簡單嘅方法係使用串聯嘅負載電阻 (R_L)。輸出電壓為 V_out = I_L * R_L。然而，隨著 R_L 增加，RC 時間常數 (同二極管電容一齊) 會增加，減慢響應 (如響應時間 vs. 負載電阻曲線所示)。為咗獲得最佳性能，特別係對於細電流同需要速度嘅情況，跨阻放大器 (TIA) 係首選電路。佢提供穩定、低阻抗嘅輸出電壓 (V_out = -I_L * R_f)，同時將光電二極管保持喺虛擬接地，最小化電容嘅影響。

9.3 點解暗電流咁重要？溫度對佢有咩影響？

暗電流 (I_D) 係冇光存在時流動嘅噪音電流。佢設定咗可檢測光嘅下限。規格書指定喺 25°C 時最大值為 10nA。呢個電流大約每升高 10°C 就會翻倍。因此，喺高溫環境或非常弱光檢測中，暗電流可能成為重要嘅噪音來源，必須喺電路設計中考慮 (例如通過溫度補償或同步檢測技術)。

9.4 呢個感測器可唔可以用喺 940nm 以外嘅光源？

可以，但靈敏度會降低。光譜響應曲線顯示從 760nm 到 1100nm 有顯著靈敏度。例如，佢會對 850nm LED 有反應，但對於相同光強度，產生嘅光電流會低於 940nm 光源。為咗準確設計，請始終參考相對光譜靈敏度曲線 (如有完整提供) 或計算所需波長下嘅響應度。

10. 實用設計案例分析

設計案例：用於安全閘嘅紅外線光束中斷感測器。

目標：創建一個可靠、快速嘅感測器，用於檢測物件何時中斷不可見嘅紅外線光束，觸發安全警報。

實現：

1. 發射器：一個 940nm 紅外線 LED 由脈衝電流驅動 (例如 38kHz 下嘅 20mA 脈衝)，以提供對環境光嘅抗干擾能力並降低平均功耗。
2. 接收器：PD204-6B/L3 放置喺發射器對面，喺其 45° 視角內對準。佢通過一個負載電阻以 5V 反向偏壓。
3. 信號調理：來自光電二極管嘅細小交流光電流信號 (疊加喺直流暗電流上) 輸入到一個調諧至 38kHz 嘅高增益、帶通放大器。呢個濾除咗直流環境光同低頻噪音。
4. 檢測：然後將放大嘅信號整流並同一個閾值比較。當光束未被中斷時，存在強勁嘅 38kHz 信號，比較器輸出為高電平。當物件中斷光束時，信號消失，導致比較器切換為低電平並啟動警報。

點解 PD204-6B/L3 適合：佢快速嘅 10ns 響應時間輕鬆處理 38kHz 調製信號。喺 940nm 嘅高靈敏度確保來自匹配紅外線 LED 嘅良好信噪比。低電容允許即使有必需嘅濾波元件，電路仍然反應靈敏。

11. 工作原理

像 PD204-6B/L3 咁樣嘅 PIN 光電二極管根據內部光電效應嘅原理運作。器件結構由一個寬闊、輕度摻雜嘅本徵 (I) 半導體區域組成，夾喺 P 型同 N 型區域之間。當能量大於半導體帶隙嘅光子 (例如矽嘅 940nm 紅外線光) 撞擊本徵區域時，佢哋會產生電子-空穴對。當二極管反向偏壓時，跨越耗盡區 (延伸穿過本徵層) 嘅內建電場將呢啲電荷載子掃向各自嘅端子，產生與入射光強度成正比嘅光電流 (I_L)。寬闊嘅本徵區域降低電容，並允許有效收集喺更大體積內產生嘅載子，有助於速度同靈敏度。

12. 行業趨勢及背景

像 PD204-6B/L3 咁樣嘅光電檢測器係光電學同感測呢個不斷增長領域中嘅基本組件。目前推動對此類器件需求嘅趨勢包括：

• 自動化同工業 4.0：製造業中越來越多使用非接觸式感測器進行位置、存在同質量控制。
• 消費電子產品：集成到設備中用於接近感測 (例如通話期間關閉智能手機屏幕)、環境光感測以控制顯示屏亮度，以及手勢識別。
• 物聯網 (IoT)：用於智能家居設備、安全系統同環境監控嘅低功耗、可靠感測器。
• 進步：總體趨勢係朝向更高集成度 (例如帶有片上放大器嘅光電二極管)、更細封裝 (表面貼裝器件)、更低功耗，以及針對 LiDAR、生物醫學感測同光通信等應用喺特定波長下嘅增強性能。像 PD204-6B/L3 咁樣嘅器件代表咗針對主流紅外線感測需求嘅成熟、可靠同具成本效益嘅解決方案。

13. 免責聲明及使用須知

源自規格書免責聲明嘅關鍵使用指引包括：

1. 規格可能會有變更。設計時請始終參考最新嘅官方規格書。
2. 產品喺正常儲存條件下，從出貨日期起 12 個月內符合其公佈嘅規格。
3. 特性曲線顯示典型性能，並非保證嘅最小值或最大值。設計時應留有適當餘量。
4. 嚴格遵守絕對最大額定值。喺呢啲限制之外操作可能導致立即或潛在故障。製造商對因誤用而造成嘅損壞概不負責。
5. 呢啲資訊係專有嘅。未經許可禁止複製。
6. 呢個元件並非為安全關鍵應用而設計或認證，例如醫療生命支持、汽車控制、航空或軍事系統。對於此類應用，請聯繫製造商獲取特別認證嘅產品。