Hoja de Datos del Fotodiodo PD204-6B de 3mm - Diámetro 3mm - Tensión Inversa 32V - Sensibilidad Máxima 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD204-6B es un fotodiodo PIN de silicio de alto rendimiento diseñado para aplicaciones que requieren respuesta rápida y alta sensibilidad a la luz en el espectro visible e infrarrojo cercano. Alojado en un encapsulado plástico negro estándar de 3mm de diámetro, este dispositivo está diseñado para proporcionar capacidades de detección óptica fiables. Su respuesta espectral está específicamente adaptada para complementar diodos emisores de luz visible e infrarroja (IREDs), lo que lo convierte en un componente receptor ideal en sistemas optoelectrónicos. El dispositivo está construido con materiales libres de plomo y cumple con las normativas medioambientales pertinentes, garantizando su idoneidad para la fabricación electrónica moderna.

2. Características Clave y Ventajas Principales

El PD204-6B se distingue por varias características de rendimiento críticas que atienden a aplicaciones de detección exigentes.

• Tiempo de Respuesta Rápido:El dispositivo exhibe un tiempo de subida/bajada típico de 6 nanosegundos (bajo condiciones de prueba especificadas de VR=10V, RL=100Ω), permitiéndole detectar cambios rápidos en la intensidad de la luz. Esto es crucial para aplicaciones que implican transmisión de datos, detección de objetos y mediciones sensibles al tiempo.
• Alta Sensibilidad Fotoeléctrica:Con una corriente de cortocircuito típica (I_SC) de 3.0 μA bajo una irradiancia de 1 mW/cm² a 940nm, el fotodiodo proporciona una señal eléctrica fuerte a partir de niveles bajos de luz, mejorando la relación señal-ruido y la fiabilidad del sistema.
• Capacitancia de Unión Pequeña:Una capacitancia total típica baja (C_t) de 5 pF a VR=5V y 1MHz contribuye al tiempo de respuesta rápido y permite operar en circuitos de mayor ancho de banda sin degradación significativa de la señal.
• Construcción Robusta:El dispositivo cuenta con una lente negra, que ayuda a minimizar la interferencia no deseada de la luz ambiente, y está encapsulado en un formato duradero y estándar de la industria de 3mm.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo y diseñado para cumplir con las normativas RoHS y REACH de la UE, abordando los estándares globales de medio ambiente y seguridad.

3. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Comprender las especificaciones eléctricas y ópticas es esencial para un diseño e integración correctos del circuito.

3.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. La operación siempre debe mantenerse dentro de estos límites.

• Tensión Inversa (V_R):32 V. Esta es la tensión máxima que se puede aplicar en polarización inversa a través de los terminales del fotodiodo.
• Disipación de Potencia (P_C):150 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. Este límite disminuye al aumentar la temperatura ambiente, como se muestra en la curva de reducción.
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. Se especifica que el dispositivo funciona correctamente en este amplio rango de temperatura industrial.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C. Esto guía los parámetros del proceso de soldadura por reflujo.

3.2 Características Electro-Ópticas (Ta=25°C)

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación. Los valores típicos representan el centro de la distribución, mientras que los valores mínimos y máximos definen los límites garantizados.

• Respuesta Espectral:El fotodiodo es sensible en un rango de aproximadamente 840 nm a 1100 nm (en los puntos de respuesta relativa 0.5), con una sensibilidad máxima (λ_P) en 940 nm. Esto lo hace perfectamente adecuado para emparejar con LEDs infrarrojos de 940nm.
• Generación de Fotocorriente:
  • Corriente de Cortocircuito (I_SC):Típ. 3.0 μA a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Esta es la corriente generada con cero voltios a través del diodo (modo fotovoltaico).
  • Corriente Luminosa Inversa (I_L):Mín. 1.0 μA, Típ. 3.0 μA a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V. Esta es la corriente cuando el diodo está polarizado inversamente, que es el modo de operación más común para velocidad y linealidad.
• Corriente de Oscuridad (I_D):Máx. 10 nA a V_R=10V, E_e=0mW/cm². Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando no hay luz presente. Una corriente de oscuridad baja es crítica para detectar señales de luz débiles.
• Tensión de Circuito Abierto (V_OC):Típ. 0.42 V a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Esta es la tensión generada a través de un circuito abierto bajo iluminación.
• Capacitancia (C_t):Típ. 5 pF a V_R=5V, f=1MHz. Esta capacitancia de unión afecta la constante de tiempo RC y, por lo tanto, el ancho de banda del circuito de detección.
• Velocidad de Respuesta (t_r/t_f):Típ. 6 ns a V_R=10V, R_L=100Ω. Define qué tan rápido la corriente de salida puede seguir un cambio en la luz de entrada.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan información sobre cómo varían los parámetros con las condiciones de operación.

4.1 Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente

La curva de reducción muestra que la disipación de potencia máxima permitida disminuye linealmente a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C. Los diseñadores deben asegurarse de que el punto de operación (tensión inversa * fotocorriente + corriente de oscuridad) no exceda esta curva para evitar sobrecarga térmica.

4.2 Sensibilidad Espectral

La curva de respuesta espectral ilustra la sensibilidad relativa del fotodiodo en función de la longitud de onda. Confirma el pico en 940nm y el ancho de banda útil desde aproximadamente 840nm hasta 1100nm. El material de la lente negra moldea esta respuesta, filtrando algunas longitudes de onda más cortas.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El PD204-6B utiliza un encapsulado estándar con pines radiales de 3mm de diámetro.

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dibujo dimensional proporciona medidas críticas para el diseño de la huella en PCB y la integración mecánica. Las dimensiones clave incluyen el diámetro total (3mm), la separación de pines, el diámetro de los pines y la altura del componente. Todas las tolerancias no especificadas son ±0.25mm. El cátodo se identifica típicamente por un pin más largo o una marca plana en el borde del encapsulado.

5.2 Identificación de Polaridad

La polaridad correcta es esencial. El dispositivo es un diodo. El ánodo es típicamente el pin más corto o el pin adyacente al lado plano del encapsulado. Aplicar polarización inversa (tensión positiva al cátodo, negativa al ánodo) es la condición de operación estándar para el modo fotoconductivo.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima de soldadura se especifica como 260°C. Los perfiles de reflujo estándar por infrarrojos o convección para ensamblajes libres de plomo son aplicables. El tiempo por encima del líquidus debe controlarse según los estándares de la industria para evitar daños al encapsulado.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, utilice un soldador con control de temperatura. Limite el tiempo de contacto a menos de 3 segundos por pin a una temperatura que no exceda los 350°C para evitar estrés térmico en el encapsulado plástico y el chip semiconductor interno.
• Limpieza:Utilice agentes de limpieza compatibles con el material epoxi plástico negro. Evite la limpieza ultrasónica a menos que se verifique que es segura para el componente.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un ambiente seco e inerte dentro del rango de temperatura especificado de -40°C a +100°C. Utilice dentro de los 12 meses posteriores a la fecha de envío para garantizar el cumplimiento de las especificaciones publicadas.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificación del Embalaje

El producto se envasa en bolsas antiestáticas. La cantidad de embalaje estándar es de 200 a 1000 piezas por bolsa. Cuatro bolsas se empaquetan en una caja interior, y una caja interior se envía en una caja exterior.

7.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta de la bolsa contiene información esencial de trazabilidad y del producto, incluido el Número de Parte (P/N), la cantidad (QTY), el número de lote (LOT No.) y el código de fecha. El producto no está clasificado o seleccionado para parámetros específicos como intensidad luminosa o longitud de onda; se suministra según la tabla de características electro-ópticas estándar.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El PD204-6B se utiliza comúnmente en dos configuraciones de circuito principales:

1. Modo Fotoconductivo (Polarización Inversa):Este es el modo preferido para operación de alta velocidad y linealidad. Se aplica una tensión de polarización inversa (por ejemplo, 5V a 10V, manteniéndose por debajo de V_R=32V). La fotocorriente (I_L) fluye a través de una resistencia de carga (R_L). La caída de tensión en R_Les la señal de salida. Una R_Lmás pequeña da una respuesta más rápida pero una salida de tensión más baja. Un amplificador de transimpedancia (TIA) se utiliza a menudo para convertir la fotocorriente en una tensión con alta ganancia y ancho de banda.
2. Modo Fotovoltaico (Polarización Cero):El fotodiodo se conecta directamente a una carga de alta impedancia (como la entrada de un amplificador operacional). Genera una tensión (V_OC) proporcional a la intensidad de la luz. Este modo ofrece bajo ruido pero tiene una respuesta más lenta y es menos lineal.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Polarización:Para la mejor velocidad y linealidad, opere en polarización inversa. Asegúrese de que la tensión de polarización más cualquier tensión de señal no exceda el máximo de 32V.
• Ancho de Banda y Carga:La capacitancia total (fotodiodo + entrada del amplificador) y la resistencia de carga forman el polo dominante que limita el ancho de banda (BW ≈ 1/(2πRC)). Elija R_Lo la resistencia de realimentación del TIA en consecuencia.
• Rechazo de Luz Ambiente:La lente negra ayuda, pero para entornos con alta luz ambiente, considere el filtrado óptico (por ejemplo, un filtro de paso de banda de 940nm) y modular la fuente IR con detección síncrona.
• Diseño del PCB:Mantenga el fotodiodo cerca de la entrada del amplificador para minimizar la capacitancia parásita y la captación de ruido. Utilice un plano de tierra para blindaje. Desacople la fuente de polarización con un condensador cerca del dispositivo.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los fototransistores, el fotodiodo PIN PD204-6B ofrece tiempos de respuesta significativamente más rápidos (nanosegundos vs. microsegundos) y una mejor linealidad en un amplio rango de intensidad de luz. No tiene ganancia interna, lo que resulta en una corriente de salida más baja pero también en una menor dependencia de la temperatura y un rendimiento más predecible. En comparación con otros fotodiodos, su combinación de encapsulado de 3mm, sensibilidad máxima de 940nm, tensión inversa de 32V y alta velocidad lo convierten en una opción versátil para detección IR de propósito general.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es la diferencia entre I_SCe I_L?

R: I_SC(Corriente de Cortocircuito) se mide con cero voltios a través del diodo. I_L(Corriente Luminosa Inversa) se mide con una tensión de polarización inversa especificada aplicada. I_Les típicamente muy cercana a I_SCy es el parámetro utilizado para el diseño en el modo común de polarización inversa.

P: ¿Cómo convierto la fotocorriente en una tensión utilizable?

R: El método más simple es una resistencia de carga (V_out= I_L* R_L). Para un mejor rendimiento, utilice un amplificador de transimpedancia, que proporciona una tierra virtual de baja impedancia en el cátodo del fotodiodo, maximizando la velocidad y linealidad, y da V_out= -I_L* R_feedback.

P: ¿Puedo usar esto con una fuente de luz visible?

R: Sí, pero con sensibilidad reducida. La curva de respuesta espectral muestra que es sensible hasta longitudes de onda visibles, pero su pico está en el infrarrojo. Para un rendimiento óptimo con una fuente visible, un fotodiodo con un pico en el espectro visible (por ejemplo, 550-650nm) sería más adecuado.

P: ¿Cuál es el propósito de la prueba de tensión de ruptura inversa (V_BR)?

R: Es una prueba de calidad y robustez, que indica la tensión a la que el diodo entra en ruptura por avalancha. La operación normal siempre debe estar muy por debajo de este valor (típicamente usando V_Rde 5V-10V).

11. Ejemplos Prácticos de Aplicación

Ejemplo 1: Sensor de Proximidad de Objetos en una Puerta Automática.Un LED IR (940nm) y el PD204-6B se colocan a cada lado de una entrada. Cuando el haz no está interrumpido, se detecta una fotocorriente constante. Cuando una persona interrumpe el haz, la caída en la fotocorriente activa el mecanismo de apertura de la puerta. La respuesta rápida del PD204-6B garantiza una detección inmediata.

Ejemplo 2: Detección de Papel en una Fotocopiadora.El fotodiodo puede usarse para detectar la presencia o ausencia de papel reflejando un haz IR en la superficie del papel. La alta sensibilidad le permite trabajar con papeles de baja reflectividad, y el pequeño encapsulado cabe en espacios reducidos.

Ejemplo 3: Enlace de Datos Simple.Modulando un LED IR a una frecuencia dentro del ancho de banda del fotodiodo (que puede ser de varios MHz con un diseño de circuito adecuado), el PD204-6B puede usarse para comunicación inalámbrica de corto alcance y baja tasa de datos, como en controles remotos o telemetría de sensores.

12. Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN es un dispositivo semiconductor con una región intrínseca (I) ancha y ligeramente dopada intercalada entre regiones de tipo P y tipo N. Cuando los fotones con energía mayor que el bandgap del semiconductor son absorbidos en la región intrínseca, crean pares electrón-hueco. Bajo la influencia de un potencial interno incorporado (en modo fotovoltaico) o de un campo eléctrico de polarización inversa aplicado (en modo fotoconductivo), estos portadores de carga son separados, generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La región intrínseca ancha reduce la capacitancia de unión (permitiendo alta velocidad) y aumenta el volumen para la absorción de fotones (mejorando la sensibilidad).

13. Tendencias y Contexto de la Industria

Fotodiodos como el PD204-6B son componentes fundamentales en el creciente campo de la optoelectrónica y la detección. Las tendencias incluyen una mayor integración con amplificación y acondicionamiento de señal en el mismo chip (por ejemplo, en sensores ópticos integrados), demandas de mayor velocidad para soportar LiDAR y comunicaciones ópticas, y requisitos de tamaños de encapsulado más pequeños para dispositivos electrónicos de consumo y IoT. También existe un impulso continuo para mejorar el rendimiento en rangos de temperatura más amplios y un menor consumo de energía. Dispositivos con huellas estándar y rendimiento bien caracterizado, como este, siguen siendo esenciales para una amplia gama de aplicaciones de detección industriales, comerciales y automotrices donde la fiabilidad y la rentabilidad son primordiales.

Descargo de Responsabilidad: La información proporcionada en este documento es para referencia técnica. Los diseñadores deben verificar todos los parámetros bajo sus condiciones de aplicación específicas. No se deben exceder los límites absolutos máximos. El fabricante no asume ninguna responsabilidad por aplicaciones que no se ajusten a las especificaciones proporcionadas.