PD204-6B 3mm 光電二極體規格書 - 3mm 直徑 - 32V 逆向電壓 - 940nm 峰值靈敏度

1. 產品概述

PD204-6B 是一款高效能矽質 PIN 光電二極體，專為需要對可見光及近紅外光譜具備快速響應與高靈敏度的應用而設計。此元件採用標準 3mm 直徑黑色塑膠封裝，旨在提供可靠的光學感測能力。其光譜響應經過特別匹配，以補足可見光與紅外線發光二極體 (IRED)，使其成為光電系統中理想的接收元件。該元件採用無鉛材料製造，並符合相關環保法規，確保適用於現代電子製造。

2. 主要特性與核心優勢

PD204-6B 透過多項關鍵性能特性，滿足嚴苛的感測應用需求。

快速響應時間：此元件在特定測試條件下 (VR=10V, RL=100Ω)，其典型的上升/下降時間為 6 奈秒，使其能夠偵測光強度的快速變化。這對於涉及資料傳輸、物體偵測及時間敏感度測量的應用至關重要。
高光電靈敏度：在 940nm 波長、1 mW/cm² 輻照度下，其典型的短路電流 (I_SC) 為 3.0 μA，使光電二極體能在低光照水平下產生強勁的電氣訊號，從而改善訊噪比與系統可靠性。
低接面電容：在 VR=5V 與 1MHz 條件下，其典型的總電容 (C_t) 僅為 5 pF，這有助於實現快速響應時間，並允許在更高頻寬的電路中運作，而不會造成顯著的訊號衰減。
堅固結構：此元件配備黑色透鏡，有助於減少不必要的環境光干擾，並封裝於耐用的業界標準 3mm 規格中。
環保合規性：本產品為無鉛設計，旨在持續符合 RoHS 與歐盟 REACH 法規，滿足全球環境與安全標準。

3. 技術參數深度分析

理解電氣與光學規格對於正確的電路設計與整合至關重要。

3.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。運作時應始終保持在這些界限內。

逆向電壓 (V_R)：32 V。這是可施加於光電二極體接腳間的最大逆向偏壓電壓。
功率損耗 (P_C)：在 25°C 或以下自由空氣溫度時為 150 mW。此額定值會隨著環境溫度升高而降低，如降額曲線所示。
工作溫度 (T_opr)：-40°C 至 +85°C。此元件被指定在此寬廣的工業溫度範圍內正常運作。
儲存溫度 (T_stg)：-40°C 至 +100°C。
焊接溫度 (T_sol)：260°C。此為迴流焊接製程參數的指引。

3.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

這些參數定義了元件在正常工作條件下的性能。典型值代表分佈的中心，而最小與最大值則定義了保證的極限。

光譜響應：此光電二極體對大約 840 nm 至 1100 nm 的範圍敏感 (在 0.5 相對響應點)，其峰值靈敏度 (λ_P) 位於 940 nm。這使其非常適合與 940nm 紅外線 LED 配對使用。
光電流產生：
- 短路電流 (I_SC)：典型值 3.0 μA，條件為 E_e=1mW/cm², λ_p=940nm。這是在二極體兩端電壓為零時產生的電流 (光伏模式)。
- 逆向光電流 (I_L)：最小值 1.0 μA，典型值 3.0 μA，條件為 E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V。這是二極體處於逆向偏壓時的電流，這是為了速度與線性度最常見的運作模式。
暗電流 (I_D)：最大值 10 nA，條件為 V_R=10V, E_e=0mW/cm²。這是無光照時流動的微小漏電流。低暗電流對於偵測微弱光訊號至關重要。
開路電壓 (V_OC)：典型值 0.42 V，條件為 E_e=1mW/cm², λ_p=940nm。這是在光照下開路兩端產生的電壓。
電容 (C_t)：典型值 5 pF，條件為 V_R=5V, f=1MHz。此接面電容會影響 RC 時間常數，從而影響感測電路的頻寬。
響應速度 (t_r/t_f)：典型值 6 ns，條件為 V_R=10V, R_L=100Ω。定義輸出電流能多快跟隨輸入光的變化。

4. 性能曲線分析

圖形資料提供了參數如何隨運作條件變化的深入見解。

4.1 功率損耗 vs. 環境溫度

降額曲線顯示，當環境溫度超過 25°C 時，最大允許功率損耗會線性下降。設計者必須確保工作點 (逆向電壓 * 光電流 + 暗電流) 不超過此曲線，以防止熱過載。

4.2 光譜靈敏度

光譜響應曲線說明了光電二極體的相對靈敏度與波長的函數關係。它確認了在 940nm 的峰值以及從大約 840nm 到 1100nm 的有效頻寬。黑色透鏡材料塑造了此響應，過濾了一些較短的波長。

5. 機械與封裝資訊

PD204-6B 採用標準的徑向引腳、3mm 直徑封裝。

5.1 封裝尺寸

尺寸圖提供了 PCB 佔位面積設計與機械整合的關鍵尺寸。關鍵尺寸包括總直徑 (3mm)、引腳間距、引腳直徑與元件高度。所有未指定的公差為 ±0.25mm。陰極通常由較長的引腳或封裝邊緣的平面標識。

5.2 極性辨識

正確的極性至關重要。此元件是一個二極體。陽極通常是較短的引腳或靠近封裝平面側的引腳。施加逆向偏壓 (正電壓接陰極，負電壓接陽極) 是光導模式的標準運作條件。

6. 焊接與組裝指南

迴流焊接：最大焊接溫度規定為 260°C。適用於無鉛組裝的標準紅外線或對流迴流溫度曲線。應根據業界標準控制高於液相線的時間，以防止封裝損壞。
手工焊接：若需手工焊接，請使用溫控烙鐵。每根引腳的接觸時間應限制在 3 秒以內，溫度不超過 350°C，以避免塑膠封裝與內部半導體晶粒承受熱應力。
清潔：使用與黑色塑膠環氧樹脂材料相容的清潔劑。除非確認對元件安全，否則應避免超音波清洗。
儲存條件：在規定的 -40°C 至 +100°C 溫度範圍內，儲存於乾燥、惰性的環境中。自出貨日期起 12 個月內使用，以保證符合公佈的規格。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

產品包裝於防靜電袋中。標準包裝數量為每袋 200 至 1000 件。四袋裝入一個內箱，一個內箱裝於一個外箱中運送。

7.2 標籤資訊

袋上標籤包含必要的可追溯性與產品資訊，包括料號 (P/N)、數量 (QTY)、批號 (LOT No.) 與日期代碼。本產品未針對特定參數 (如發光強度或波長) 進行分級或篩選；其供應符合標準電氣與光學特性表。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

PD204-6B 通常用於兩種主要的電路配置：

光導模式 (逆向偏壓)：這是高速與線性運作的首選模式。施加一個逆向偏壓電壓 (例如，5V 至 10V，保持低於 V_R=32V)。光電流 (I_L) 流經一個負載電阻 (R_L)。R_L兩端的電壓降即為輸出訊號。較小的 R_L可提供更快的響應，但電壓輸出較低。通常使用跨阻放大器 (TIA) 將光電流轉換為具有高增益與頻寬的電壓。
光伏模式 (零偏壓)：光電二極體直接連接到高阻抗負載 (如運算放大器輸入端)。它會產生與光強度成正比的電壓 (V_OC)。此模式提供低雜訊，但響應較慢且線性度較差。

8.2 設計考量

偏壓：為了獲得最佳速度與線性度，請在逆向偏壓下運作。確保偏壓電壓加上任何訊號電壓不超過 32V 的最大值。
頻寬與負載：總電容 (光電二極體 + 放大器輸入) 與負載電阻形成限制頻寬的主極點 (BW ≈ 1/(2πRC))。請據此選擇 R_L或 TIA 的反饋電阻。
環境光抑制：黑色透鏡有所幫助，但在高環境光環境中，請考慮使用光學濾波器 (例如，940nm 帶通濾波器) 並對紅外線光源進行調變，配合同步檢測。
PCB 佈局：將光電二極體靠近放大器輸入端放置，以最小化雜散電容與雜訊拾取。使用接地層進行屏蔽。在元件附近使用電容器對偏壓電源進行旁路。

9. 技術比較與差異化

與光電晶體相比，PD204-6B PIN 光電二極體提供顯著更快的響應時間 (奈秒級 vs. 微秒級)，並在寬廣的光強度範圍內具有更好的線性度。它沒有內部增益，這導致輸出電流較低，但也具有較低的溫度依賴性與更可預測的性能。與其他光電二極體相比，其結合了 3mm 封裝、940nm 峰值靈敏度、32V 逆向電壓與快速速度，使其成為通用紅外線感測的多功能選擇。

10. 常見問題 (FAQ)

問：I_SC和 I_L?

有何區別？答：I_SC(短路電流) 是在二極體兩端電壓為零時測量的。I_L(逆向光電流) 是在施加指定逆向偏壓電壓時測量的。I_L通常非常接近 I_SC，並且是在常見的逆向偏壓模式下用於設計的參數。

問：如何將光電流轉換為可用的電壓？

答：最簡單的方法是使用負載電阻 (V_out= I_L* R_L)。為了獲得更好的性能，請使用跨阻放大器，它在光電二極體陰極提供低阻抗的虛擬接地，最大化速度與線性度，並提供 V_out= -I_L* R_feedback.

問：我可以將此元件與可見光源一起使用嗎？

答：可以，但靈敏度會降低。光譜響應曲線顯示它對低至可見光波長敏感，但其峰值在紅外線區域。為了與可見光源達到最佳性能，峰值在可見光譜 (例如，550-650nm) 的光電二極體會更合適。

問：逆向崩潰電壓 (V_BR) 測試的目的是什麼？

答：這是一項品質與穩健性測試，指示二極體進入雪崩崩潰的電壓。正常運作應始終遠低於此值 (通常使用 V_R為 5V-10V)。

11. 實際應用範例

範例 1：自動門中的物體接近感測器。將一個紅外線 LED (940nm) 與 PD204-6B 分別置於門道兩側。當光束未被阻斷時，會偵測到穩定的光電流。當有人阻斷光束時，光電流的下降會觸發開門機制。PD204-6B 的快速響應確保了即時偵測。

範例 2：影印機中的紙張偵測。透過將紅外線光束從紙張表面反射，光電二極體可用於偵測紙張的存在與否。其高靈敏度使其能與低反射率的紙張配合工作，且小封裝適合安裝在狹小空間。

範例 3：簡易資料鏈路。透過在光電二極體頻寬內 (透過適當的電路設計可達數 MHz) 的頻率調變紅外線 LED，PD204-6B 可用於短距離、低資料速率的無線通訊，例如在遙控器或感測器遙測中。

12. 工作原理

PIN 光電二極體是一種半導體元件，具有一個寬廣、輕度摻雜的本徵 (I) 區域，夾在 P 型與 N 型區域之間。當能量大於半導體能隙的光子在本徵區域被吸收時，會產生電子-電洞對。在內部內建電位 (光伏模式) 或施加的逆向偏壓電場 (光導模式) 的影響下，這些電荷載子被分開，產生與入射光強度成正比的光電流。寬廣的本徵區域降低了接面電容 (實現高速)，並增加了光子吸收的體積 (提高靈敏度)。

13. 產業趨勢與背景

像 PD204-6B 這樣的光電二極體是光電學與感測領域不斷成長中的基礎元件。趨勢包括與晶片上放大及訊號調理電路的整合度提高 (例如，在整合式光學感測器中)、對更高速度以支援 LiDAR 與光通訊的需求，以及消費性電子產品與 IoT 裝置對更小封裝尺寸的要求。同時，業界持續推動在更寬廣溫度範圍內改善性能與降低功耗。像此類具有標準佔位面積與明確性能特性的元件，對於大量以可靠性與成本效益為首要考量的工業、商業與汽車感測應用而言，仍然至關重要。

免責聲明：本文件提供的資訊僅供技術參考。設計者應在其特定應用條件下驗證所有參數。絕對不得超過絕對最大額定值。製造商對於未按照提供規格進行的應用不承擔任何責任。

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋

一、光電性能核心指標

術語	單位/表示	通俗解釋	為什麼重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出的光通量，越高越節能。	直接決定燈具的能效等級與電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出的總光量，俗稱"亮度"。	決定燈具夠不夠亮。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。	影響光照範圍與均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），如2700K/6500K	光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氛圍與適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，如"5-step"	顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。	保證同一批燈具顏色無差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（奈米），如620nm（紅）	彩色LED顏色對應的波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。	影響顯色性與顏色品質。

二、電氣參數

術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光的電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

三、熱管理與可靠性

術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED晶片內部的實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED的"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段時間後剩餘亮度的百分比。	表徵長期使用後的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色的變化程度。	影響照明場景的顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致的封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

四、封裝與材料

術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
晶片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	晶片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、矽酸鹽、氮化物	覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面的光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度與配光曲線。

五、質量控制與分檔

術語	分檔內容	通俗解釋	目的
光通量分檔	代碼如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
電壓分檔	代碼如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的色溫需求。

六、測試與認證

術語	標準/測試	通俗解釋	意義
LM-80	流明維持測試	在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。	提供科學的壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認的測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。	進入國際市場的准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品的能效與性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

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