Hoja de Datos del Fototransistor PD204-6B/L3 - Paquete de 3mm - Sensibilidad Máxima 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD204-6B/L3 es un fotodiodo de silicio PIN de alta velocidad y gran sensibilidad, alojado en un paquete plástico estándar de 3mm. Este dispositivo está espectralmente adaptado a diodos emisores de luz visible e infrarroja, con su sensibilidad máxima optimizada para la longitud de onda de 940nm, lo que lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones de detección que requieren respuesta rápida y rendimiento confiable.

Las ventajas clave de este componente incluyen su tiempo de respuesta rápido, alta fotosensibilidad y pequeña capacitancia de unión, lo que contribuye a una detección de señal eficiente. El producto cumple con las regulaciones RoHS y REACH de la UE, y se fabrica como un dispositivo libre de plomo (Pb-free).

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está diseñado para operar de manera confiable dentro de los límites ambientales y eléctricos especificados. Exceder estos límites puede causar daño permanente.

• Voltaje Inverso (VR):32 V - El voltaje máximo que se puede aplicar en polarización inversa a través de los terminales del fotodiodo.
• Temperatura de Operación (Topr):-25°C a +85°C - El rango de temperatura ambiente para el funcionamiento normal del dispositivo.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +100°C - El rango de temperatura para un almacenamiento seguro cuando el dispositivo no está energizado.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C durante un máximo de 5 segundos, según los perfiles estándar de soldadura por reflujo.
• Disipación de Potencia (Pc):150 mW a o por debajo de una temperatura ambiente de 25°C.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento central del fototransistor bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C).

• Ancho de Banda Espectral (λ0.5):760 nm a 1100 nm. Esto define el rango de longitudes de onda donde el dispositivo mantiene al menos la mitad de su sensibilidad máxima.
• Longitud de Onda de Sensibilidad Máxima (λP):940 nm (Típico). El dispositivo es más sensible a la luz en esta longitud de onda infrarroja.
• Voltaje de Circuito Abierto (VOC):0.42 V (Típico) bajo una irradiancia (Ee) de 1 mW/cm² a 940nm.
• Corriente de Cortocircuito (ISC):4.3 μA (Típico) bajo la misma condición de prueba (Ee=1mW/cm², λp=940nm).
• Corriente de Luz Inversa (IL):3.9 μA (Mín), 6 μA (Típ) a VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm. Esta es la corriente fotoeléctrica generada cuando el diodo está polarizado inversamente e iluminado.
• Corriente de Oscuridad Inversa (ID):10 nA (Máx) a VR=10V en completa oscuridad (Ee=0mW/cm²). Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye incluso cuando no hay luz presente.
• Voltaje de Ruptura Inversa (VBR):32 V (Mín) medido a una corriente inversa (IR) de 100μA en oscuridad.
• Capacitancia Total (Ct):10 pF (Típ) a VR=5V y una frecuencia de 1MHz. Una capacitancia más baja permite velocidades de conmutación más rápidas.
• Tiempo de Subida/Bajada (tr/tf):10 ns / 10 ns (Típ) con VR=10V y una resistencia de carga (RL) de 100Ω, lo que indica una respuesta muy rápida adecuada para la detección de luz pulsada.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):45° (Típico). Esto define el campo de visión angular sobre el cual el dispositivo mantiene sensibilidad.

Las tolerancias se especifican como ±10% para la intensidad luminosa, ±1nm para la longitud de onda dominante y ±0.1V para el voltaje directo en aplicaciones relacionadas.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas son esenciales para que los ingenieros de diseño predigan el rendimiento en escenarios del mundo real.

3.1 Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra cómo la disipación de potencia máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Los diseñadores deben reducir la capacidad de manejo de potencia en consecuencia para garantizar la confiabilidad a largo plazo.

3.2 Sensibilidad Espectral

La curva de respuesta espectral confirma la sensibilidad máxima del dispositivo a 940nm y su rango útil desde aproximadamente 760nm hasta 1100nm. Destaca la idoneidad del dispositivo para aplicaciones que utilizan LED infrarrojos comunes.

3.3 Corriente de Oscuridad Inversa vs. Temperatura Ambiente

La corriente de oscuridad aumenta exponencialmente con la temperatura. Esta curva es crítica para aplicaciones que operan a temperaturas elevadas, ya que una mayor corriente de oscuridad contribuye al ruido y puede afectar la relación señal-ruido en condiciones de poca luz.

3.4 Corriente de Luz Inversa vs. Irradiancia (Ee)

Este gráfico demuestra la relación lineal entre la corriente fotoeléctrica generada (IL) y la intensidad de la luz incidente (irradiancia) en un rango especificado. Confirma la respuesta fotométrica predecible y lineal del dispositivo.

3.5 Capacitancia Terminal vs. Voltaje Inverso

La capacitancia de unión (Ct) disminuye con el aumento del voltaje de polarización inversa. Una capacitancia más baja es deseable para aplicaciones de alta velocidad, y esta curva ayuda a seleccionar un punto de operación de polarización óptimo.

3.6 Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga

Esta curva muestra cómo los tiempos de subida y bajada (tr/tf) se ven afectados por el valor de la resistencia de carga externa (RL). Se logra una respuesta más rápida con resistencias de carga más pequeñas, pero esto se compensa con la amplitud de la señal.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete radial con pines estándar de 3mm. El dibujo dimensional especifica el diámetro del cuerpo, el espaciado de los pines y las dimensiones de los pines. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.25mm. El color de la lente es negro.

4.2 Identificación de Polaridad

El cátodo (terminal negativo) típicamente se indica mediante un punto plano en el cuerpo del paquete o un pin más largo. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito para una operación adecuada en polarización inversa.

5. Guías de Soldadura y Montaje

El componente es adecuado para procesos estándar de montaje en PCB.

• Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima de soldadura es de 260°C, y el tiempo a o por encima de esta temperatura no debe exceder los 5 segundos para evitar daños térmicos al paquete plástico y al chip semiconductor.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, se debe usar un cautín con control de temperatura con un tiempo de contacto mínimo (típicamente menos de 3 segundos por pin).
• Limpieza:Utilice agentes de limpieza compatibles con el material del paquete plástico.
• Almacenamiento:Almacene en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado de -40°C a +100°C.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificación de Cantidad por Empaque

El empaque estándar es el siguiente: 200-1000 piezas por bolsa, 4 bolsas por caja y 10 cajas por cartón. Esto proporciona flexibilidad tanto para prototipos como para producción en volumen.

6.2 Especificación del Formato de Etiqueta

La etiqueta del producto contiene información clave para trazabilidad e identificación:

• CPN:Número de Producto del Cliente
• P/N:Número de Producto (ej., PD204-6B/L3)
• QTY:Cantidad por Empaque
• CAT, HUE, REF:Clasificaciones para Intensidad Luminosa, Longitud de Onda Dominante y Voltaje Directo (si se clasifican).
• LOT No:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.
• X:Mes de producción.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El PD204-6B/L3 es muy adecuado para diversas aplicaciones de detección optoelectrónica, incluyendo:

• Sensores de Puertas Automáticas:Detectan la interrupción de un haz infrarrojo para activar mecanismos de apertura/cierre de puertas.
• Copiadoras e Impresoras:Se utilizan para detección de papel, sensado de bordes o monitoreo de nivel de tóner.
• Máquinas de Juegos/Sistemas de Arcade:Para detección de objetos, controles interactivos o sensado de posición.
• Detección Infrarroja de Propósito General:Receptores de control remoto, sensores de proximidad y automatización industrial donde se requiere una detección rápida y confiable de luz IR de 940nm.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Polarización:Opere el fotodiodo en polarización inversa (modo fotoconductivo) para una velocidad y linealidad óptimas. Un voltaje inverso de 5V a 10V es típico, como se muestra en las especificaciones.
• Resistencia de Carga (RL):Elija RL en función del compromiso requerido entre la velocidad de respuesta (ancho de banda) y la amplitud del voltaje de salida. Se recomienda un circuito de amplificador de transimpedancia (TIA) para convertir la pequeña corriente fotoeléctrica en un voltaje utilizable manteniendo alta velocidad y bajo ruido.
• Consideraciones Ópticas:Asegure una alineación adecuada con la fuente de luz (típicamente un LED IR a 940nm). Se debe considerar el ángulo de visión de 45° para el campo de visión. El uso de un filtro óptico puede ayudar a bloquear la luz ambiental no deseada, especialmente la luz visible.
• Reducción de Ruido:Para aplicaciones sensibles, proteja el dispositivo y su circuito del ruido eléctrico. Mantenga las trazas cortas, use capacitores de desacoplamiento y considere el impacto de la corriente de oscuridad a altas temperaturas de operación.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con fotodiodos estándar o fototransistores con tiempos de respuesta más lentos, el PD204-6B/L3 ofrece ventajas distintivas:

• Alta Velocidad:Con tiempos de subida/bajada de 10ns, es significativamente más rápido que muchos fototransistores de propósito general, permitiendo la detección de señales moduladas rápidamente.
• Estructura PIN:La construcción del fotodiodo PIN proporciona una región de agotamiento más amplia que un fotodiodo PN estándar, lo que resulta en una capacitancia de unión más baja (10pF) y mayor velocidad.
• Espectro Optimizado:La sensibilidad máxima de 940nm está precisamente adaptada a la salida de LED infrarrojos comunes y de bajo costo, maximizando la eficiencia del sistema.
• Paquete Estándar:El paquete radial de 3mm es un factor de forma común en la industria, lo que facilita su integración en diseños existentes y es compatible con huellas estándar de PCB.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre operar en modo fotovoltaico (polarización cero) y modo fotoconductivo (polarización inversa)?

En modo fotovoltaico (V_R=0V), el fotodiodo genera un voltaje (V_OC). Este modo tiene corriente de oscuridad cero pero respuesta más lenta y menor linealidad. Las especificaciones del PD204-6B/L3 listan VOC=0.42V. En modo fotoconductivo (con polarización inversa, ej., V_R=5V), se aplica un voltaje externo. Esto reduce la capacitancia de unión (permitiendo una respuesta más rápida, como se ve en los 10ns tr/tf), mejora la linealidad y permite una región activa más grande, pero introduce corriente de oscuridad (I_D). Para aplicaciones de alta velocidad como las destinadas a este dispositivo, se recomienda el modo fotoconductivo.

9.2 ¿Cómo convierto la corriente fotoeléctrica (I_L) en un voltaje medible?

El método más simple es usar una resistencia de carga (R_L) en serie. El voltaje de salida es V_out = I_L * R_L. Sin embargo, a medida que R_L aumenta, la constante de tiempo RC (con la capacitancia del diodo) aumenta, ralentizando la respuesta (como se muestra en la curva Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga). Para un rendimiento óptimo, especialmente con corrientes pequeñas y necesidad de velocidad, un amplificador de transimpedancia (TIA) es el circuito preferido. Proporciona un voltaje de salida estable y de baja impedancia (V_out = -I_L * R_f) manteniendo el fotodiodo en tierra virtual, minimizando los efectos de la capacitancia.

9.3 ¿Por qué es importante la corriente de oscuridad y cómo la afecta la temperatura?

La corriente de oscuridad (I_D) es la corriente de ruido que fluye cuando no hay luz presente. Establece el límite inferior de luz detectable. La hoja de datos especifica un máximo de 10nA a 25°C. Esta corriente se duplica aproximadamente cada 10°C de aumento de temperatura. Por lo tanto, en entornos de alta temperatura o para detección de luz muy baja, la corriente de oscuridad puede convertirse en una fuente significativa de ruido y debe tenerse en cuenta en el diseño del circuito (por ejemplo, mediante técnicas de compensación de temperatura o detección síncrona).

9.4 ¿Se puede usar este sensor con fuentes de luz distintas a 940nm?

Sí, pero con sensibilidad reducida. La curva de respuesta espectral muestra una sensibilidad significativa desde 760nm hasta 1100nm. Por ejemplo, responderá a LED de 850nm, pero la corriente fotoeléctrica generada para la misma intensidad de luz será menor que con una fuente de 940nm. Consulte siempre la curva de sensibilidad espectral relativa (si se proporciona completa) o calcule la responsividad en la longitud de onda deseada para un diseño preciso.

10. Caso Práctico de Diseño

Caso de Diseño: Sensor de Interrupción de Haz Infrarrojo para Puerta de Seguridad.

Objetivo:Crear un sensor confiable y rápido para detectar cuando un objeto interrumpe un haz infrarrojo invisible, activando una alarma de seguridad.

Implementación:

1. Transmisor:Un LED infrarrojo de 940nm es impulsado por una corriente pulsada (ej., pulsos de 20mA a 38kHz) para proporcionar inmunidad contra la luz ambiental y reducir el consumo de potencia promedio.
2. Receptor:El PD204-6B/L3 se coloca frente al transmisor, alineado dentro de su ángulo de visión de 45°. Está polarizado inversamente a 5V a través de una resistencia de carga.
3. Acondicionamiento de Señal:La pequeña señal de corriente fotoeléctrica CA del fotodiodo (superpuesta a la corriente de oscuridad CC) se alimenta a un amplificador de alta ganancia y paso de banda sintonizado a 38kHz. Esto filtra la luz ambiental CC y el ruido de baja frecuencia.
4. Detección:La señal amplificada se rectifica y se compara con un umbral. Cuando el haz no está interrumpido, hay una fuerte señal de 38kHz y la salida del comparador es alta. Cuando un objeto interrumpe el haz, la señal desaparece, haciendo que el comparador cambie a bajo y active la alarma.

Por qué el PD204-6B/L3 es Adecuado:Su tiempo de respuesta rápido de 10ns maneja fácilmente la señal modulada de 38kHz. La alta sensibilidad a 940nm asegura una buena relación señal-ruido del LED IR emparejado. La baja capacitancia permite un circuito receptivo incluso con los componentes de filtrado necesarios.

11. Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN como el PD204-6B/L3 opera según el principio del efecto fotoeléctrico interno. La estructura del dispositivo consiste en una región intrínseca (I) de semiconductor ligeramente dopada y ancha, intercalada entre regiones de tipo P y tipo N. Cuando fotones con energía mayor que el bandgap del semiconductor (ej., luz infrarroja a 940nm para silicio) golpean la región intrínseca, generan pares electrón-hueco. Cuando el diodo está polarizado inversamente, el campo eléctrico incorporado a través de la región de agotamiento (que se extiende a través de la capa intrínseca) arrastra estos portadores de carga hacia los terminales respectivos, generando una corriente fotoeléctrica (I_L) que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La amplia región intrínseca reduce la capacitancia y permite una recolección eficiente de portadores generados en un volumen mayor, contribuyendo tanto a la velocidad como a la sensibilidad.

12. Tendencias y Contexto de la Industria

Los fotodetectores como el PD204-6B/L3 son componentes fundamentales en el creciente campo de la optoelectrónica y la detección. Las tendencias actuales que impulsan la demanda de tales dispositivos incluyen:

• Automatización e Industria 4.0:Uso creciente de sensores sin contacto para control de posición, presencia y calidad en la fabricación.
• Electrónica de Consumo:Integración en dispositivos para sensado de proximidad (ej., apagar pantallas de teléfonos inteligentes durante llamadas), sensado de luz ambiental para control de brillo de pantalla y reconocimiento de gestos.
• Internet de las Cosas (IoT):Sensores de bajo consumo y confiables para dispositivos de hogar inteligente, sistemas de seguridad y monitoreo ambiental.
• Avances:La tendencia general es hacia una mayor integración (ej., fotodiodos con amplificadores en chip), paquetes más pequeños (dispositivos de montaje superficial), menor consumo de energía y rendimiento mejorado en longitudes de onda específicas para aplicaciones como LiDAR, sensado biomédico y comunicaciones ópticas. Dispositivos como el PD204-6B/L3 representan una solución madura, confiable y rentable para las necesidades principales de detección infrarroja.

13. Descargo de Responsabilidad y Notas de Uso

Las pautas críticas de uso derivadas del descargo de responsabilidad de la hoja de datos incluyen:

1. Las especificaciones están sujetas a cambios. Consulte siempre la hoja de datos oficial más reciente para el diseño.
2. El producto cumple con sus especificaciones publicadas durante 12 meses a partir de la fecha de envío bajo condiciones normales de almacenamiento.
3. Las curvas características muestran un rendimiento típico, no valores mínimos o máximos garantizados. Diseñe con márgenes apropiados.
4. Adhiérase estrictamente a los Límites Absolutos Máximos. La operación más allá de estos límites puede causar fallas inmediatas o latentes. El fabricante no asume responsabilidad por daños resultantes del uso indebido.
5. La información es propiedad. Se prohíbe la reproducción sin permiso.
6. Este componentenoestá diseñado o calificado para aplicaciones críticas para la seguridad, como soporte vital médico, control automotriz, aviación o sistemas militares. Para tales aplicaciones, contacte al fabricante para productos especialmente calificados.