目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心特性與優勢
- 1.2 目標應用
- 2. 技術規格與深入分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性 (Ta=25°C)
- 2.3 分級系統 (IL 等級)
- 3. 性能曲線分析
- 3.1 光譜靈敏度
- 3.2 溫度依存性
- 3.3 線性度與動態響應
- 4. 機械與封裝資訊
- 4.1 封裝尺寸
- 4.2 極性辨識
- 5. 組裝與操作指南
- 5.1 焊接
- 5.2 儲存與操作
- 6. 包裝與訂購資訊
- 6.1 包裝規格
- 6.2 標籤資訊
- 7. 應用備註與設計考量
- 7.1 電路配置
- 7.2 介面電子元件
- 7.3 光學考量
- 8. 技術比較與差異化
- 9. 常見問題 (FAQ)
- 9.1 ISC 與 IL 參數有何不同？
- 9.2 如何為我的應用選擇正確的分級？
- 9.3 此感測器可用於可見光偵測嗎？
- 10. 工作原理
- 11. 產業趨勢
1. 產品概述
PD333-3B/L3 是一款高性能矽 PIN 光電二極體，封裝於標準 5mm 直徑塑膠外殼中。其主要功能是將入射光（特別是紅外光譜）轉換為電流。此元件以其快速響應時間和高光敏度著稱，適用於需要精確且快速光偵測的應用。黑色環氧樹脂透鏡材料確保了對紅外輻射的最佳靈敏度，同時提供一定程度的環境光過濾。
1.1 核心特性與優勢
- 快速響應時間：能夠偵測快速變化的光訊號，對於高速通訊和感測至關重要。
- 高光敏度：即使在低光照條件下也能產生強勁的電訊號，改善訊噪比。
- 低接面電容：有助於實現快速響應時間，並允許在更高頻率下運作。
- 環境規範符合性：產品為無鉛設計，符合 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準 (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)。
- 標準封裝：5mm 外型尺寸廣泛使用，且與常見的安裝硬體相容。
1.2 目標應用
此光電二極體專為各種需要可靠光偵測的電子系統而設計。
- 高速光偵測器（例如：光學數據鏈路、編碼器）。
- 安全與監控系統（例如：光束遮斷感測器、動作偵測器）。
- 相機系統（例如：用於曝光控制、測光）。
- 工業自動化感測器。
- 具備接近感測或環境光感測的消費性電子產品。
2. 技術規格與深入分析
2.1 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。不保證在這些極限下或超出極限的運作。
| 參數 | 符號 | 額定值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 逆向電壓 | VR | 32 | V |
| 工作溫度 | TT_opr | -25 至 +85 | °C |
| 儲存溫度 | TT_stg | -40 至 +100 | °C |
| 焊接溫度 | TT_sol | 260 | 260 °C (限時) |
| 功率消耗 | PC | 150 | 100 mW |
設計考量：32V 的逆向電壓額定值為典型的偏壓電路提供了良好的安全餘裕。焊接溫度額定值表示與標準無鉛迴焊製程相容，但必須控制高於液相線溫度的時間。
2.2 電光特性 (Ta=25°C)
這些參數定義了元件在指定測試條件下的性能。
| 參數 | 符號 | Min. | Typ. | Max. | 單位 | 測試條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 光譜頻寬 (0.5 響應度) | λ0.5 | 840 | -- | 1100 | 840 - 1100 nm | -- |
| 峰值靈敏度波長 | λP | -- | 940 | -- | 940 nm | -- |
| 開路電壓 | VOC | -- | 0.44 | -- | V | EeV_ocp0.35 V |
| 短路電流 | ISC | -- | 10 | -- | I_sc | Ee10 μAp逆向光電流 |
| I_L | IL | 10 | -- | -- | 10 μA | Ee逆向暗電流pI_dR10 nA |
| 逆向崩潰電壓 | ID | -- | -- | 10 | V_BR | Ee32 VR總電容 |
| C_t | VBR | 32 | 170 | -- | V | Ee10 pFR上升 / 下降時間 |
| t_r / t_f | Ct | -- | 10 | -- | 10 ns | Ee技術分析：R從 840nm 到 1100nm 的光譜響應，峰值在 940nm，明確指出這是一款紅外光敏感元件。在 1mW/cm² 照度下典型的 10μA 光電流定義了其靈敏度。低暗電流（最大 10nA）對於偵測微弱訊號至關重要。10ns 的響應時間證實了其適用於高速應用的能力。10pF 的接面電容是決定偵測電路 RC 時間常數的關鍵因素。 |
| 2.3 分級系統 (I_L 等級) | tr光電二極體根據其在標準條件下 (E_e=1mW/cm², λ=940nm, V_R=5V) 量測到的逆向光電流 (I_L) 進行分類（分級）。這確保了生產批次靈敏度的一致性。f | -- | 10 | -- | 分級編號 | VRBIN1LBIN2 |
BIN3BIN4
最小 I_L (μA)L8
10L12e14p最大 I_L (μA)R10
| 12 | 14 | 16 | 設計意涵： | 對於需要多個感測器之間緊密靈敏度匹配的應用，可能需要指定特定的分級或混合分級，以維持系統性能的一致性。 |
|---|---|---|---|---|
| 3. 性能曲線分析L規格書提供了數個特性曲線，說明關鍵參數如何隨操作條件變化。 | 10 | 20 | 30 | 40 |
| 3.1 光譜靈敏度L光譜響應曲線顯示了元件在不同波長的相對靈敏度。其峰值在 940nm（近紅外線），並在大約 840nm 至 1100nm 之間有顯著的響應。這使其非常適合與常見的 850nm 或 940nm 紅外線 LED 搭配使用。黑色透鏡有助於衰減可見光，減少來自環境光源的雜訊。 | 20 | 30 | 40 | 50 |
3.2 溫度依存性兩條關鍵曲線說明了溫度效應：
逆向暗電流 vs. 環境溫度：
暗電流 (I_d) 隨溫度呈指數增長。這是半導體的基本特性。在高溫環境下（例如，接近最高工作溫度 85°C），暗電流可能變得顯著，可能掩蓋微弱的光學訊號。設計者必須在高溫環境中考慮這一點。
功率消耗 vs. 環境溫度：
最大允許功率消耗隨著環境溫度升高而降低。此降額曲線對於確保元件不會因其自身的電氣負載而過熱至關重要，儘管對於主要在光伏或低電流模式下運作的光電二極體來說，這通常不如功率元件關鍵。
3.3 線性度與動態響應
逆向光電流 vs. 照度 (E_e)：此曲線通常顯示入射光功率與產生的光電流在數個數量級上呈線性關係。這種線性度是 PIN 光電二極體在光測量應用中的主要優勢。端電容 vs. 逆向電壓：D接面電容 (C_t) 隨著逆向偏壓增加而降低。較低的電容導致較小的 RC 時間常數，從而實現更快的電路響應。設計者可以權衡較高的偏壓（以及因此略高的暗電流）以換取更快的速度。響應時間 vs. 負載電阻：上升/下降時間 (t_r/t_f) 隨著負載電阻 (R_L) 增大而增加，這是由於光電二極體的接面電容與負載形成的較大 RC 常數所致。對於高速應用，建議使用低阻值的負載電阻或跨阻放大器配置。
4. 機械與封裝資訊
4.1 封裝尺寸e元件採用標準徑向引線 5mm 直徑封裝。尺寸圖標明了本體直徑、引腳間距、引腳直徑和總體尺寸。除非特定尺寸另有註明，否則通常適用 ±0.25mm 的公差。封裝由黑色塑膠（環氧樹脂）製成，頂部有透鏡。4.2 極性辨識陰極通常由較長的引腳、封裝邊緣的平面或其他根據封裝圖的標記來識別。在電路中連接元件時必須注意正確的極性，當施加逆向偏壓時，陰極應連接至較正的電壓。5. 組裝與操作指南t5.1 焊接元件可承受 260°C 的峰值焊接溫度，這與常見的無鉛迴焊製程相符。然而，應盡量減少暴露在焊料液相線溫度以上的時間，以防止對封裝和半導體晶片造成熱應力。使用溫控烙鐵進行手工焊接也是可以接受的，但需注意限制引腳加熱時間。5.2 儲存與操作r元件應儲存在其原始的防潮袋中，環境應在儲存溫度範圍內 (-40°C 至 +100°C) 且濕度較低。操作時應遵守標準的 ESD（靜電放電）預防措施，因為半導體接面可能因靜電而損壞。f6. 包裝與訂購資訊L6.1 包裝規格
標準包裝格式為：
每袋 200 至 500 件。
每內盒 5 袋。
每主箱 10 盒。
此散裝包裝適合自動化組裝線。
6.2 標籤資訊
產品標籤包含用於追溯和識別的關鍵資訊：
P/N：
產品編號（例如：PD333-3B/L3）。
CAT：
光強度等級（對應 I_L 分級）。
LOT No：
製造批號，用於追溯。
- 日期代碼資訊。
- 7. 應用備註與設計考量
- 7.1 電路配置
光伏模式（零偏壓）：
二極體未施加外部偏壓。受光照時會產生電壓和電流。此模式提供極低的暗電流，且在低光照下具有良好的線性度，但由於接面電容較高，響應速度較慢。
- 光導模式（逆向偏壓）：施加逆向電壓。這會降低接面電容（加快響應速度）並擴大空乏區（提高效率）。這是高速和高線性度應用的首選模式，但暗電流較高。
- 7.2 介面電子元件對於電流輸出，通常使用跨阻放大器 (TIA) 將光電二極體的微小電流轉換為可用的電壓訊號，同時在二極體兩端保持虛擬短路（使其有效處於零偏壓狀態）。對於光伏模式的電壓輸出，應使用高輸入阻抗放大器（例如：JFET 或 CMOS 輸入運算放大器）以避免對訊號造成負載效應。L7.3 光學考量
- 為最大化性能：將紅外線光源對準峰值靈敏度波長 (940nm)。
- 使用適當的光學濾鏡阻擋不需要的環境光，特別是在有強烈可見光源的環境中運作時。
考慮光電二極體的角靈敏度；封裝透鏡具有特定的視角。
8. 技術比較與差異化
與光電晶體相比，PD333-3B/L3 PIN 光電二極體提供：更快的響應：由於沒有與電晶體增益相關的電荷儲存效應，光電二極體本質上比光電晶體更快。更好的線性度：光電流在更寬的範圍內與光強度成更線性的比例。
更低的雜訊：
通常具有更低的雜訊性能，有利於偵測微弱訊號。
無內部增益：
僅提供單位增益（理想情況下，每個光子產生一個電子-電洞對），需要外部放大；而光電晶體則提供內部電流增益（β）。
- 選擇取決於應用對速度/線性度（光電二極體）的需求，還是對簡單電路的高靈敏度（光電晶體）的需求。
- 9. 常見問題 (FAQ)
- 9.1 I_sc 與 I_L 參數有何不同？
短路電流 (I_sc)：
在二極體兩端電壓為零（光伏模式）下量測。它代表元件在給定光照下能產生的最大光電流。
- 逆向光電流 (I_L)：在施加指定逆向偏壓（光導模式）下量測。這是用於分級系統的參數，並且通常是實際電路中的相關工作電流。
- 9.2 如何為我的應用選擇正確的分級？如果您的電路設計具有固定增益，並且對於給定的光輸入需要特定的輸出訊號水平，請選擇能提供所需 I_L 範圍的分級。對於使用回饋或自動增益控制的應用，較寬的分級或任何分級可能都可以接受。對於多感測器陣列，指定單一緊密的分級可確保一致性。
- 9.3 此感測器可用於可見光偵測嗎？雖然它在可見紅光譜（接近 700nm）有一些殘餘靈敏度，但其響應是針對近紅外線 (840-1100nm) 優化的。黑色透鏡進一步衰減了可見光。對於主要用於可見光偵測的應用，使用具有透明透鏡且光譜峰值在可見光範圍內（例如，綠色光 550nm）的光電二極體會更為合適。
- 10. 工作原理PIN 光電二極體是一種半導體元件，具有一個寬的、輕度摻雜的本徵 (I) 區域，夾在 P 型和 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。在內建電場（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可量測光電流。寬廣的本徵區域允許高效的光子吸收並降低接面電容，從而實現高速運作。
紅外線光電二極體的市場持續增長，主要驅動力來自以下應用：
汽車：SC用於自動駕駛的 LiDAR、車內乘員感測。L消費性電子：
接近感測器、臉部辨識、穿戴式裝置的心率監測。SC工業物聯網：機器視覺、狀態監控、液位感測。通訊：L短距離光學數據鏈路（可見光通訊 VLC、紅外線數據協會 IrDA）。趨勢包括進一步微型化（朝向晶片級封裝發展）、與晶片上放大和訊號處理整合（創造智慧光學感測器），以及改善性能指標，如更低的暗電流和更高的速度，以滿足飛行時間 (ToF) 感測等新興技術的需求。
免責聲明：本技術文件提供的資訊基於參考的規格書，僅供參考。規格可能隨時變更。進行關鍵設計工作時，請務必參考最新的官方文件。圖表和典型值不代表保證規格。製造商對於未遵守絕對最大額定值或正確使用指南的應用不承擔任何責任。
If your circuit design has a fixed gain and requires a specific output signal level for a given light input, choose a bin that provides the necessary ILrange. For applications using feedback or automatic gain control, a wider bin or any bin may be acceptable. For multi-sensor arrays, specifying a single tight bin ensures uniformity.
.3 Can this sensor be used for visible light detection?
While it has some residual sensitivity in the visible red spectrum (near 700nm), its response is optimized for near-infrared (840-1100nm). The black lens further attenuates visible light. For primary visible light detection, a photodiode with a clear lens and a spectral peak in the visible range (e.g., 550nm for green) would be more appropriate.
. Operational Principle
A PIN photodiode is a semiconductor device with a wide, lightly doped intrinsic (I) region sandwiched between P-type and N-type regions. When photons with energy greater than the semiconductor's bandgap are absorbed in the intrinsic region, they create electron-hole pairs. Under the influence of the built-in electric field (in photovoltaic mode) or an applied reverse bias field (in photoconductive mode), these charge carriers are swept apart, generating a measurable photocurrent that is proportional to the incident light intensity. The wide intrinsic region allows for efficient photon absorption and reduces junction capacitance, enabling high-speed operation.
. Industry Trends
The market for infrared photodiodes continues to grow, driven by applications in:
- Automotive:LiDAR for autonomous driving, in-cabin occupancy sensing.
- Consumer Electronics:Proximity sensors, facial recognition, heart-rate monitoring in wearables.
- Industrial IoT:Machine vision, condition monitoring, level sensing.
- Communications:Short-range optical data links (VLC, IRDA).
Disclaimer: The information provided in this technical document is based on the referenced datasheet and is for informational purposes only. Specifications are subject to change. Always refer to the latest official documentation for critical design work. The graphs and typical values do not represent guaranteed specifications. The manufacturer assumes no liability for applications not adhering to the absolute maximum ratings or proper usage guidelines.
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。 |