تم شرح مواصفات مستقبل الفوتودايود: الحساسية، التيار المظلم، النطاق الطيفي ووقت الاستجابة

المستقبل هو نصف النظام البصري

عادةً ما يتم مناقشة تصميمات الأشعة تحت الحمراء من حيث المصدر - طول موجته، قوته، وزاويته. يتم تحديد المستقبل لاحقًا، غالبًا عن طريق مطابقة طول الموجة، وهو المستقبل الذي يقرر ما إذا كان النظام يعمل في الظروف البصرية الحقيقية: الضوء المحيط، المسافة، تحمل المحاذاة والسرعة المطلوبة.

تقوم شركة جيانغمن يييانغ للأشعة تحت الحمراء (Yiyang Optoelectronics YY) بتغليف مستقبلات الفوتودايود بالأشعة تحت الحمراء، وثنائيات الانبعاث ووحدات الاستقبال في جيانغمن، قوانغدونغ، وتقدم تطبيقات المراقبة الطبية، إنذار الأمان، المنزل الذكي والاستشعار الصناعي لأكثر من 13 عامًا. تتعلق محادثات المواصفات التي تحدد ما إذا كان المستقبل يعمل بأربعة أرقام، وتتفاعل مع بعضها البعض.

1. نطاق الاستجابة الطيفية: هل يرى مصدر الضوء الخاص بك

النطاق الطيفي هو النطاق الذي يقوم فيه الكاشف بتحويل الضوء إلى تيار. بالنسبة للفوتودايودات السيليكونية، يكون هذا بشكل عام 400–1100 نانومتر، لكن النطاق القابل للاستخدام يعتمد على العبوة.

الدقة تكمن في أن العبوة تغير النطاق الفعال. يستجيب الفوتودايود الإيبوكسي الشفاف عبر النطاق الكامل للسيليكون، بما في ذلك الضوء المرئي - وهو بالضبط الضجيج الذي لا تريده في تطبيق التحكم عن بعد أو كسر الشعاع. تقوم العبوة ذات التصفية السوداء بحجب معظم الضوء المحيط المرئي وتمرير النطاق تحت الأحمر، مما يحول النطاق القابل للاستخدام إلى حوالي 840–1100 نانومتر. لذا فإن جزئين بنفس الشريحة وإيبوكسي مختلف هما منتجات مختلفة.

يجب أن تنص المواصفة على النطاق المصفى، وليس النطاق الخام للشريحة، كلما كان التطبيق يتضمن الضوء المحيط. بالنسبة للتحكم عن بعد الداخلي وكشف شعاع الأمان، فإن الجزء المصفى هو الخيار الصحيح تقريبًا دائمًا.

2. الاستجابة: تيار لكل واط من الضوء

الاستجابة هي التيار الضوئي الناتج لكل وحدة من الطاقة الضوئية الساقطة، معبرًا عنه بالأمبير لكل واط (A/W). إنها الرقم الذي يحول التصميم البصري إلى إشارة كهربائية.

تتبع ثلاث نتائج تصميم. تعتمد الاستجابة على طول الموجة، لذا فإن مستقبلًا محددًا لطول موجة 940 نانومتر يعمل بشكل أقل فعالية عند 1050 نانومتر على الرغم من أن كلاهما "أشعة تحت حمراء". الاستجابة تعتمد على درجة الحرارة: ترتفع قليلاً مع درجة الحرارة للسيليكون بينما يرتفع التيار المظلم بشكل أسرع بكثير، لذا فإن نسبة الإشارة إلى الضجيج عادةً ما تزداد سوءًا على الرغم من أن الإشارة المطلقة لا تتغير. الرقم المذكور هو قيمة عند درجة حرارة الغرفة؛ يجب أن تأخذ أي تصميم يجب أن يعمل عبر −20 °C إلى +85 °C في الاعتبار الاستجابة والتيار المظلم عند كلا طرفي النطاق.

3. التيار المظلم: مستوى الضجيج

التيار المظلم هو التيار الذي يتدفق بدون أي ضوء على الإطلاق. إنه الرقم الأكثر أهمية لأي تطبيق يقيس إشارة ضوئية صغيرة.

نقطتان من المواصفة تُفوتان بانتظام. يجب أن يُذكر شرط الانحياز. يمكن أن يختلف التيار المظلم المذكور عند 0 فولت (وضع الخلايا الشمسية) والذي يُذكر عند 5 فولت عكسي (وضع الموصلية الضوئية) بمقدار عدة أوامر من حيث الحجم؛ الرقم بدون انحيازه ليس قابلاً للمقارنة. التيار المظلم يحدد مستوى الإشارة العملية، وليس سقف الحساسية. لا يمكن لمستقبل ذو استجابة ممتازة ولكن تيار مظلم مرتفع أن يحل إشارة صغيرة في قياس مظلم، وهو بالضبط الشرط في قياس الأكسجين عبر الإصبع أو في مسار بصري مظلم.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب أقل ضجيج - قياس الأكسجين النبضي، الاستشعار البصري الدقيق، كشف الضوء المنخفض المستوى - فإن المواصفة الصحيحة هي متطلبات تيار مظلم منخفض للغاية مقترنة بانحياز ودرجة حرارة محددة، ويجب أن يُطلب من المورد تأكيد شروط الاختبار بدلاً من القيمة النموذجية فقط.

4. الجهد العكسي، السعة ووقت الاستجابة

تحدد هذه الثلاثة مدى سرعة عمل المستقبل، وتشكل توازنًا واحدًا.

الملخص الهندسي هو أنه لا يوجد فوتودايود أفضل عالميًا، بل هناك تطابق أفضل فقط. جهاز ذو مساحة كبيرة مع انحياز منخفض يعطي أقصى إشارة وأقل تيار مظلم ولكنه بطيء؛ جهاز ذو مساحة صغيرة عند انحياز مرتفع سريع ولكنه يجمع ضوءًا أقل ولديه تيار مظلم أكبر.

بالنسبة لجهاز قياس الأكسجين النبضي، تكون الإشارة مكونًا صغيرًا متغيرًا على خلفية كبيرة، وتكون تردد التعديل منخفضًا - عشرات الهرتز إلى بضع كيلوهرتز. لذلك، يحتاج هذا التطبيق إلى مساحة حساسة للضوء كبيرة وتيار مظلم منخفض، ولا يحتاج إلى سرعة نانوثانية. بالنسبة لجهاز استشعار كسر الشعاع الذي يعطل مسار الضوء عند معدلات تكرار عالية، تنقلب الأولويات. إن ذكر عرض النطاق المطلوب جنبًا إلى جنب مع مستوى الإشارة يسمح للمورد باختيار الجهاز المناسب بدلاً من الأسرع فقط.

5. العبوة، التصفية والتركيب

بالنسبة لمستقبلات SMD، يجب أن تتضمن ثلاث قواعد عملية في المواصفة بدلاً من ملاحظة معالجة منفصلة. درجة حرارة ذروة إعادة التدفق عادةً ما تكون محدودة إلى ≤260 °C مع تعرض لدرجات حرارة عالية ضمن حوالي 10 ثوانٍ، لأن تجاوزها يتسبب في تلف الشريحة. يجب تحديد علامة القطبية على الجزء - علامات الأنود والكاثود على الوجه الخلفي - حيث إن الاتصال العكسي غير مسموح به وقد يفشل الجزء غير الموجه بشكل صحيح بصمت. التغليف المقاوم للرطوبة هو جزء من المنتج: يتم توفير مستقبلات SMD في شريط مقاوم للرطوبة تحت الفراغ، ويوصى بالتركيب خلال 24 ساعة من الفتح، مع الحفاظ على التخزين طويل الأمد مغلقًا.

قائمة مراجعة مواصفات مستقبلات الفوتودايود

1. نطاق طيفي مصفى مُذكر (مثل 840–1100 نانومتر)، وليس النطاق الخام للشريحة، حيث يوجد ضوء محيط.
2. الاستجابة مُذكورة عند طول موجة النظام، وليس عند الذروة، ومع حالة درجة حرارته.
3. التيار المظلم مُذكر مع انحيازه ودرجة حرارته - الرقم بدون هذه المعلومات ليس قابلاً للمقارنة.
4. المساحة الحساسة للضوء مُذكورة، لأنها تؤثر على الإشارة والسعة والتيار المظلم معًا.
5. الجهد العكسي الأقصى مُذكر وتم الاتفاق على انحياز التشغيل المقصود.
6. وقت الاستجابة أو عرض النطاق مُذكر مقابل تردد التعديل الذي يستخدمه النظام فعليًا.
7. نطاق درجة الحرارة مُذكر للجهاز المكتمل، يغطي بيئة التشغيل الحقيقية.
8. العبوة والتصفية مُحددة برقم الجزء، حيث إن لون الإيبوكسي يغير المنتج.
9. حدود عملية SMD مُذكورة - ذروة إعادة التدفق، علامة القطبية والتغليف المقاوم للرطوبة مع نافذة التركيب لمدة 24 ساعة.
10. تأكيد الامتثال البيئي - RoHS وخالي من الرصاص مع مرجع التقرير، وهو أمر مهم للتطبيقات الطبية والتصديرية.

المستقبلات التي تعمل في البيئة البصرية الحقيقية

اختيار الفوتودايود هو مجموعة من التوازنات المدروسة بين الإشارة والضجيج والسرعة. إن المواصفة التي تذكر فقط طول موجة تترك كل واحدة من تلك التوازنات لاكتشافها أثناء الاختبار، في الظروف الأقل ملاءمة لتغيير التصميم.

أرسل لنا طول موجة المصدر الخاص بك، مستوى الإشارة المتوقع وعرض النطاق المطلوب، وسنعود بمواصفة مستقبل مع النطاق المصفى، الاستجابة، التيار المظلم عند الانحياز المتفق عليه، المساحة النشطة والعبوة المحددة لكل مرشح، مع عينات للقياس في إعدادك البصري الخاص.