PD438B 4.8mm 半透鏡矽PIN光電二極管規格書 - 4.8mm直徑 - 黑色透鏡 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

PD438B係一款高性能矽PIN光電二極管，專為需要快速響應同對紅外光高靈敏度嘅應用而設計。佢採用緊湊嘅圓柱形側視塑膠封裝，直徑為4.8mm。呢個元件嘅一個關鍵特點係其環氧樹脂封裝，配方上可以作為一個集成嘅紅外線（IR）濾波器。呢個內置濾波器嘅光譜同常見嘅紅外線發射器匹配，通過選擇性通過目標紅外波長同時衰減唔需要嘅可見光，從而增強信噪比。

PD438B嘅核心優勢包括其快速響應時間、高光敏度同細接面電容，令佢適合用於高速檢測電路。呢個元件採用無鉛（Pb-free）材料製造，並符合相關環保法規，例如RoHS同歐盟REACH，確保佢適合現代電子製造。

呢款光電二極管嘅主要目標市場同應用係消費電子產品同工業感測。佢非常適合用作相機、錄影機同攝錄機等系統中嘅高速光電探測器。其特性亦令佢成為各種光電開關同感測模組中嘅可靠元件，喺呢啲應用中，精確檢測紅外信號至關重要。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢個元件設計喺指定嘅環境同電氣限制內可靠運作。超過呢啲絕對最大額定值可能會導致永久損壞。

• 反向電壓 (VR):32 V。呢個係可以施加喺光電二極管端子之間嘅最大反向偏壓電壓。
• 功耗 (Pd):150 mW。呢個額定值考慮咗元件可以處理嘅總功率，主要來自偏壓下嘅反向漏電流。
• 工作溫度 (Topr):-40°C 至 +85°C。光電二極管喺正常運作期間嘅保證性能範圍。
• 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +100°C。元件喺未通電時嘅安全溫度範圍。
• 焊接溫度 (Tsol):最高260°C，持續時間唔超過5秒。呢個定義咗回流焊接曲線嘅限制，以防止封裝損壞。

2.2 電光特性

呢啲參數喺標準溫度25°C下測量，定義咗PD438B嘅核心光電檢測性能。

• 光譜帶寬 (λ0.5):400 nm 至 1100 nm。呢個定義咗光電二極管響應度至少為其峰值一半嘅波長範圍。確認咗從可見藍光到近紅外光嘅靈敏度。
• 峰值靈敏度波長 (λp):940 nm（典型值）。光電二極管對呢個波長嘅紅外光最敏感，呢個係好多IR LED同遙控系統嘅標準波長。
• 開路電壓 (VOC):0.35 V（典型值），喺940nm波長、輻照度 (Ee) 為5 mW/cm²嘅條件下。呢個係光電二極管喺光伏模式（無外部偏壓）下，喺指定光照條件下產生嘅電壓。
• 短路電流 (ISC):18 µA（典型值），喺940nm波長、1 mW/cm²嘅條件下。呢個係當二極管端子短路時產生嘅光電流，代表咗喺給定光照水平下嘅最大電流輸出。
• 反向光電流 (IL):18 µA（典型值），喺VR=5V、940nm波長、1 mW/cm²嘅條件下。呢個係當二極管被反向偏置時測量到嘅光電流，係高速同線性響應嘅標準操作模式。
• 暗電流 (Id):5 nA（典型值），30 nA（最大值），喺VR=10V、完全黑暗嘅條件下。呢個係即使冇光存在時都會流動嘅微小漏電流。低暗電流對於檢測微弱光信號至關重要。
• 反向擊穿電壓 (BVR):170 V（典型值），32 V（最小值）。反向電流急劇增加時嘅電壓。工作反向電壓應始終遠低於呢個值。
• 總電容 (Ct):25 pF（典型值），喺VR=3V同1 MHz嘅條件下。呢個接面電容直接影響元件嘅速度；較低嘅電容可以實現更快嘅響應時間。
• 上升/下降時間 (tr/tf):50 ns / 50 ns（典型值），喺VR=10V同負載電阻 (RL) 為1 kΩ嘅條件下。呢啲參數指定咗光電二極管輸出電流響應光脈衝嘅變化速度，定義咗其高速能力。

關鍵參數嘅公差已指定：發光強度 (±10%)、主波長 (±1nm) 同正向電壓 (±0.1V)，確保生產批次嘅一致性。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明關鍵參數如何隨操作條件變化。呢啲對於電路設計師嚟講係必不可少嘅。

3.1 光譜靈敏度

光譜響應曲線顯示咗光電二極管喺唔同波長下嘅相對靈敏度。由於集成咗紅外線過濾環氧樹脂，佢會喺940 nm附近急劇達到峰值，而喺可見光譜（400-700 nm）中嘅靈敏度則顯著降低。呢條曲線對於確保探測器同發射器波長匹配至關重要。

3.2 暗電流 vs. 環境溫度

呢條曲線通常顯示暗電流 (Id) 隨環境溫度升高而呈指數級增加。設計師必須喺高溫應用或檢測極低光信號時考慮呢個增加嘅本底噪聲。

3.3 反向光電流 vs. 輻照度 (Ee)

呢個圖表展示咗當二極管被反向偏置時，入射光功率（輻照度）同產生嘅光電流 (IL) 之間嘅線性關係。線性係PIN光電二極管嘅一個關鍵特徵，令佢哋適合用於光測量應用。

3.4 端子電容 vs. 反向電壓

接面電容 (Ct) 隨反向偏壓 (VR) 增加而減少。呢條曲線允許設計師選擇一個操作偏壓，以優化速度（較高電壓下電容較低）同功耗/熱量之間嘅權衡。

3.5 響應時間 vs. 負載電阻

上升/下降時間 (tr/tf) 受光電二極管接面電容同外部負載電阻 (RL) 形成嘅RC時間常數影響。呢條曲線顯示響應時間如何隨較大嘅負載電阻而增加，指導喺跨阻放大器電路中為達到所需速度而選擇RL。

3.6 功耗 vs. 環境溫度

呢條降額曲線指示咗最大允許功耗作為環境溫度嘅函數。隨著溫度升高，元件可以安全處理嘅最大功率線性下降，呢個對於系統設計中嘅熱管理至關重要。

4. 機械及封裝資料

4.1 封裝尺寸

PD438B採用圓柱形側視封裝，標稱直徑為4.8mm。規格書中嘅詳細機械圖提供咗所有關鍵尺寸，包括本體直徑、長度、引腳間距同引腳直徑。除非另有說明，否則所有封裝尺寸適用±0.25mm嘅標準公差。側視配置專為光路平行於PCB表面嘅應用而設計。

4.2 極性識別

光電二極管係一個有極性嘅元件。陰極通常可以通過較長嘅引腳、封裝上嘅平面或特定標記嚟識別。規格書嘅封裝圖清楚指示咗陽極同陰極連接，組裝時必須遵守，以確保正確偏置（正常操作時為反向偏壓）。

5. 焊接及組裝指引

為保持可靠性並防止組裝過程中損壞，必須遵循特定嘅焊接條件。

• 回流焊接:呢個元件適合使用回流焊接技術進行表面貼裝組裝。峰值焊接溫度不得超過260°C，並且高於呢個溫度嘅時間應限制喺5秒或更短，以防止環氧樹脂封裝同半導體芯片受到熱損壞。
• 手動焊接:如果需要手動焊接，應使用溫控烙鐵。應盡量減少同引腳嘅接觸時間，並建議喺焊點同封裝本體之間嘅引腳上加熱沉。
• 儲存條件:元件應儲存喺其原始防潮袋中，環境應控制喺-40°C至+100°C嘅儲存溫度範圍內，並且濕度要低，以防止引腳氧化。

6. 包裝及訂購資料

6.1 包裝規格

PD438B嘅標準包裝流程如下：500件裝喺一個防靜電袋中。然後將六個呢啲袋放入一個內箱。最後，十個內箱裝入一個主運輸（外）箱，每個主箱總共30,000件。

6.2 標籤規格

包裝上嘅標籤包含幾個關鍵識別碼：

• CPN:客戶產品編號（如有分配）。
• P/N:製造商產品編號 (PD438B)。
• QTY:包裝內元件嘅數量。
• CAT, HUE, REF:分別代表發光強度等級、主波長等級同正向電壓等級嘅代碼，適用於分級產品。
• LOT No:可追溯嘅生產批號。

7. 應用備註及設計考慮

7.1 典型應用電路

PD438B最常用於以下兩種電路配置之一：

1. 光伏模式（零偏壓）:光電二極管直接連接到高阻抗負載（如運算放大器輸入）。呢種模式提供最小嘅暗電流同噪聲，但響應較慢，線性度較低。適合低速、精密光測量。
2. 光導模式（反向偏壓）:光電二極管嘅陰極連接到正電壓，陽極連接到虛擬地（例如，跨阻放大器嘅反相輸入）。呢個係推薦用於PD438B以發揮其高速能力嘅模式。反向偏壓降低接面電容（提高速度）並改善線性度。跨阻放大器中反饋電阻嘅值設定增益（Vout = Iphoto * Rfeedback）。

7.2 設計考慮

• 偏壓選擇:選擇一個反向偏壓（例如，5V至10V），喺速度（較低電容）同功耗之間提供良好嘅折衷。唔好超過32V嘅最大反向電壓。
• 放大器選擇:對於高速應用，將PD438B同一個低噪聲、高帶寬嘅運算放大器配對，配置為跨阻放大器。放大器嘅輸入偏置電流同電壓噪聲應該要低，以免降低光電二極管嘅信號。
• PCB佈局:將光電二極管同其相關放大器保持靠近，以最小化敏感高阻抗節點上嘅寄生電容同噪聲拾取。喺光電二極管陽極連接周圍使用連接到低阻抗點（如放大器輸出或接地層）嘅保護環，以減少漏電流。
• 光學對準:確保紅外線發射器同光電二極管之間有適當嘅機械對準。側視封裝專為此而設計。考慮使用管或屏障來阻擋環境光同串擾。

8. 技術比較及差異

PD438B通過幾個關鍵特點喺市場上與眾不同：

• 集成紅外線濾波器:環氧樹脂封裝本身充當濾波器，無需單獨嘅濾波器元件，減少零件數量、成本並簡化組裝。
• 側視封裝:圓柱形側視外形非常適合光路平行於PCB嘅應用，例如槽型傳感器、邊緣感測系統同某啲類型嘅編碼器。
• 平衡性能:佢提供咗速度（50 ns）、靈敏度（1 mW/cm²下18 µA）同低暗電流之間良好平衡嘅組合，令佢成為廣泛中高速紅外檢測任務嘅多功能選擇。
• 環保合規:其無鉛結構同符合RoHS同REACH，令佢適合具有嚴格環保法規嘅全球市場。

9. 常見問題 (FAQ)

Q1: 黑色環氧樹脂透鏡嘅用途係咩？

A1: 黑色環氧樹脂唔只係為咗外觀；佢嘅配方係一種有效嘅紅外線濾波器。佢傳輸目標紅外波長（峰值喺940 nm），同時吸收大部分可見光，顯著減少來自環境光源（如室內照明）嘅干擾。

Q2: 我應該用定唔用反向偏壓電壓操作PD438B？

A2: 對於高速操作（如其50 ns上升時間所示），強烈建議以光導模式操作PD438B，並施加反向偏壓，通常喺5V至10V之間。呢樣可以減少接面電容並改善線性度同速度。

Q3: 我點樣將光電流轉換成可用嘅電壓信號？

A3: 最常見同有效嘅方法係使用跨阻放大器（TIA）電路。光電二極管連接喺運算放大器嘅反相輸入同輸出之間，反饋電阻決定增益（Vout = -Iphoto * Rf）。通常會並聯一個細嘅反饋電容同電阻，以穩定電路並限制帶寬。

Q4: "暗電流"參數嘅意義係咩？

A4: 暗電流係當光電二極管處於完全黑暗並處於反向偏壓時流過嘅微小電流。佢充當一個噪聲源。較低嘅暗電流（PD438B典型值為5 nA）意味住元件可以檢測更弱嘅光信號，而唔會被自身噪聲掩蓋。

Q5: 呢款光電二極管可以用於可見光檢測嗎？

A5: 雖然其光譜範圍從400 nm（紫色）開始，但佢喺可見光譜中嘅靈敏度被紅外線過濾環氧樹脂透鏡大大衰減。其峰值靈敏度堅定地位於940 nm嘅紅外線區域。對於主要嘅可見光檢測，冇紅外線過濾封裝嘅光電二極管會更合適。

10. 工作原理

PIN光電二極管係一種半導體器件，具有一個寬闊、輕度摻雜嘅本徵（I）區域，夾喺P型同N型區域之間。當能量大於半導體帶隙嘅光子撞擊器件時，佢哋會喺本徵區域產生電子-空穴對。喺外部反向偏壓電場嘅影響下，呢啲電荷載流子被分開，產生與入射光強度成正比嘅光電流。寬闊嘅本徵區域帶來幾個優勢：佢創造咗一個更大嘅用於光子吸收嘅耗盡區（增加靈敏度）、減少接面電容（提高速度），並允許喺更高嘅反向電壓下操作。PD438B使用矽，其帶隙適合檢測從可見光到近紅外光譜嘅光。

11. 免責聲明及使用備註

本技術文件中包含嘅資訊如有更改，恕不另行通知。提供嘅圖表同典型值僅供設計參考，並不代表保證規格。實施呢個元件時，設計師必須嚴格遵守絕對最大額定值，以防止器件故障。製造商對因喺指定操作條件之外使用本產品而造成嘅任何損壞概不負責。未經事先諮詢同特定認證，本產品不適用於安全關鍵、生命維持、軍事、汽車或航空航天應用。