5mm 光敏二極管 PD333-3C/H0/L2 規格書 - 5mm 直徑 - 32V 反向電壓 - 940nm 峰值靈敏度 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

PD333-3C/H0/L2 係一款高速、高靈敏度嘅矽PIN光敏二極管，採用標準5mm直徑塑膠封裝。呢款元件專為需要快速光學檢測嘅應用而設計，利用其細小嘅接面電容同快速響應時間。採用透明環氧樹脂作為透鏡材料，令佢對寬廣光譜（包括可見光同紅外線輻射）都敏感，峰值靈敏度特別喺近紅外線區域。其主要設計目標係喺緊湊、具成本效益嘅感測解決方案中提供可靠性能。

2. 技術參數深入分析

本節客觀分析規格書中指定嘅關鍵電氣同光學參數。

2.1 絕對最大額定值

呢款元件嘅最大反向電壓（VR）額定值為32V，呢個係可以施加而唔會導致永久損壞嘅偏壓上限。工作溫度範圍（Topr）係由-25°C到+85°C，適合大多數商業同工業環境。儲存溫度範圍更闊，由-40°C到+100°C。焊接溫度（Tsol）指定為260°C，呢個係無鉛回流焊製程嘅標準峰值溫度。喺環境溫度25°C或以下時，功耗（Pc）為150 mW，呢個參數對於應用電路中嘅熱管理至關重要。

2.2 電光特性

光譜響應範圍寬廣，覆蓋帶寬（λ0.5）由400 nm到1100 nm，典型峰值靈敏度波長（λP）喺940 nm。呢個特性令佢非常適合紅外線感測應用，例如使用850nm或940nm紅外線LED嘅場合。關鍵靈敏度參數包括典型開路電壓（VOC）0.39V同短路電流（ISC）40 μA，兩者均喺940nm波長、輻照度（Ee）1 mW/cm²嘅條件下量度。喺5V反向偏壓下，相同輻照度條件下嘅典型反向光電流（IL）為40 μA。反向暗電流（ID）係低光性能嘅關鍵參數，喺VR=10V時典型值為5 nA，最大值為30 nA。總接面電容（Ct）喺VR=5V同1 MHz下典型值為18 pF，直接影響元件速度。上升同下降時間（tr/tf）喺VR=10V同100Ω負載電阻（RL）下量度時，典型值各為45 ns，證實其高速能力。視角（2θ1/2）為80度。

3. 性能曲線分析

規格書包含多條典型性能曲線，說明關鍵參數點樣隨操作條件變化。呢啲曲線對於設計工程師預測實際性能至關重要。

3.1 光譜靈敏度

光譜靈敏度曲線顯示光敏二極管喺大約400 nm到1100 nm波長範圍內嘅相對響應度。曲線喺940 nm附近急劇達到峰值，證實其針對近紅外光嘅優化。喺深可見光區域同超過1100 nm後，靈敏度會顯著下降。

3.2 溫度依賴性

兩條曲線突出溫度影響：功耗 vs. 環境溫度 同 反向暗電流 vs. 環境溫度。功耗降額曲線顯示最大允許功耗點樣隨環境溫度升高超過25°C而降低。暗電流曲線顯示ID隨溫度呈指數增長，呢個係半導體接面嘅常見特性。對於喺高溫環境下運作嘅應用嚟講，呢點好關鍵，因為暗電流增加會提高噪聲基底。

3.3 線性度與動態響應

反向光電流 vs. 輻照度 曲線說明光敏二極管嘅線性度。喺指定嘅輻照度範圍內，光電流（IL）應該隨入射光功率線性增加。響應時間 vs. 負載電阻 曲線顯示上升/下降時間（tr/tf）點樣隨負載電阻（RL）增加而增加。對於高速應用，需要低值負載電阻（例如規格中使用嘅100Ω），雖然佢會產生較細嘅輸出電壓擺幅。

3.4 電容與電壓關係

端電容 vs. 反向電壓 曲線顯示接面電容（Ct）隨反向偏壓增加而減少。呢個係由於耗盡區變寬。施加更高嘅反向偏壓（喺限度內）可以通過減少電容嚟提高速度，但代價係可能增加暗電流。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸

呢款元件採用標準徑向引線5mm（T-1 3/4）封裝。詳細尺寸圖標明直徑、引腳間距、引腳長度同透鏡形狀。一個關鍵註明指出，除非另有說明，尺寸公差為±0.25mm。陽極同陰極已標識，較長嘅引腳通常係陽極（光伏模式下嘅正極）。

4.2 極性識別

極性由引腳長度表示。較長嘅引腳係陽極（P側），較短嘅引腳係陰極（N側）。當以光導模式（反向偏壓）操作時，陰極應該連接至正電源電壓。

5. 焊接與組裝指引

焊接溫度嘅絕對最大額定值為260°C。呢個數值符合常見嘅無鉛回流焊溫度曲線。喺手動焊接期間，應小心盡量減少熱暴露時間，以防止損壞塑膠封裝同環氧樹脂透鏡。元件應儲存喺指定嘅儲存溫度範圍（-40°C至+100°C）內嘅條件下，並喺乾燥環境中，以防止吸濕，吸濕可能會影響回流焊期間嘅可靠性。

6. 包裝與訂購資料

6.1 包裝規格

標準包裝方式為：每袋200-500件，每內箱5袋，每外箱10個內箱。

6.2 標籤規格

包裝上嘅標籤包含幾個欄位：CPN（客戶產品編號）、P/N（產品編號）、QTY（包裝數量）、LOT No.（批次編號，用於追溯）同日期代碼。呢啲資訊有助於庫存管理同追溯。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

規格書列出：高速光電檢測、保安系統同相機。具體嚟講，呢款光敏二極管非常適合用於：

• 紅外線遙控接收器：配合940nm紅外線LED同解調IC使用。
• 光學編碼器：用於打印機、馬達或工業設備中嘅速度同位置感測。
• 環境光感測（ALS）：用於設備中嘅顯示器背光控制，雖然其紅外線靈敏度可能需要濾光片嚟準確測量可見光。
• 簡單物件檢測：配合紅外線光源用於接近感測或遮斷光束感測器。
• 脈搏血氧儀（用於醫療設備，需具備相應資格）：感測紅光同紅外線，但需要醫療認證。

7.2 設計考量

偏壓配置：對於高速或線性響應，應以光導模式（反向偏壓）使用光敏二極管。跨阻放大器（TIA）電路常用於將光電流轉換為電壓。TIA中嘅反饋電阻同電容必須根據所需帶寬同光敏二極管嘅電容（典型18 pF）嚟選擇。

噪聲最小化：保持光敏二極管引腳短，並使用屏蔽佈局，以最小化寄生電容同電磁干擾拾取。對於低光應用，可以考慮冷卻元件以降低暗電流噪聲。

光學考量：透明透鏡允許可見光同紅外線通過。如果只需要紅外線檢測，可以添加紅外線通濾光片以阻擋可見光並減少來自環境可見光源嘅噪聲。80度視角提供寬廣視野；如有需要，可以使用光學孔徑或透鏡嚟收窄視野。

8. 技術比較與差異

同標準PN光敏二極管相比，像PD333-3C/H0/L2呢類PIN光敏二極管喺P層同N層之間有一個本徵（I）區域。呢個本徵區域創造咗更大嘅耗盡區，從而帶來兩個關鍵優勢：1) 更低嘅接面電容：對於5mm元件嚟講，18 pF嘅電容相對較低，能夠實現更快嘅響應時間。2) 改善嘅線性度：更寬嘅耗盡區允許喺更廣嘅偏壓電壓同光強度範圍內更有效地收集電荷載子。同光電晶體管相比，光敏二極管通常更快，輸出更線性，但產生嘅電流信號細得多，需要更複雜嘅放大電路。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 短路電流（ISC）同反向光電流（IL）有咩分別？

ISC係喺二極管兩端零偏壓（光伏模式）下量度，而IL係喺指定反向偏壓（光導模式）下量度。IL通常非常接近ISC，但並不完全相同。規格書顯示喺相同測試條件下，兩者嘅典型值都係40 μA。

9.2 點解暗電流咁重要？

暗電流係即使冇光存在時都會流動嘅微弱電流。佢設定咗感測器嘅噪聲基底。喺低光應用中，低暗電流（此處典型值為5 nA）對於實現良好嘅信噪比至關重要。

9.3 點樣為我嘅應用選擇負載電阻（RL）？

呢個選擇涉及速度同輸出幅度之間嘅權衡。細嘅RL（例如50Ω）提供快速響應（參見tr/tf vs. RL曲線），但輸出電壓細（Vout = IL * RL）。大嘅RL提供更大電壓，但由於光敏二極管電容同RL形成嘅RC時間常數，響應會較慢。對於數碼脈衝檢測，通常優先考慮速度。

9.4 可唔可以同可見光源（例如紅光LED）一齊用？

可以，光譜響應曲線顯示佢對低至400 nm嘅波長都有顯著靈敏度。然而，佢喺650 nm（紅光）嘅響應度會低於其940 nm峰值。同使用相同光功率嘅紅外線光源相比，你會得到較細嘅信號。

10. 設計與使用案例分析

案例：設計紅外線數據鏈路接收器。設計師需要接收來自940nm紅外線LED、調製頻率為38 kHz（常見遙控頻率）嘅數據。佢哋選擇PD333-3C/H0/L2，因為佢喺940nm具有高靈敏度同快速響應（45 ns上升時間對於38 kHz綽綽有餘）。光敏二極管以5V反向偏壓操作。輸出連接至專用紅外線接收IC（包含TIA、調諧至38 kHz嘅帶通濾波器同解調器）。設計師將光敏二極管放置喺IC輸入引腳附近，使用短走線，並喺偏壓電源附近添加一個細嘅去耦電容以最小化噪聲。喺光敏二極管前面放置一個紅外線透明窗口，以阻擋可見光並減少來自熒光燈（可能以100/120 Hz頻率閃爍）嘅干擾。

11. 工作原理

PIN光敏二極管係一種將光轉換為電流嘅半導體元件。當能量大於半導體帶隙嘅光子撞擊元件時，佢哋會喺本徵區域產生電子-電洞對。喺內建電場（光伏模式）或施加嘅反向偏壓（光導模式）嘅影響下，呢啲電荷載子被分開，產生與入射光功率成正比嘅可量度光電流。"I"（本徵）層係關鍵：佢係輕度摻雜，創造一個寬闊嘅耗盡區，從而降低電容以提高速度，並通過提供更大嘅體積供光子吸收嚟提高量子效率。

12. 技術趨勢

光敏二極管技術嘅總體趨勢係朝向更高集成度、更低噪聲同更強嘅應用針對性。呢個包括開發具有片上放大功能嘅光敏二極管（集成光敏二極管-放大器組合）、用於成像或多通道感測嘅陣列，以及具有定制光譜響應或內置光學濾光片嘅元件。同時，亦有持續研究超越矽嘅材料（例如銦鎵砷）以擴展紅外線檢測範圍。對於像5mm PIN光敏二極管呢類標準商業元件，重點仍然係降低成本、提高可靠性，並喺保持速度同靈敏度等關鍵性能指標嘅同時，實現更緊密嘅參數分佈。