Hoja de Datos del Fotodiodo PD333-3B/L2 de 5mm - Diámetro 5mm - Tensión Inversa 32V - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD333-3B/L2 es un fotodiodo PIN de silicio de alta velocidad y alta sensibilidad, alojado en un encapsulado plástico estándar de 5mm de diámetro. Su función principal es convertir la luz, particularmente en el espectro infrarrojo, en una corriente eléctrica. El dispositivo cuenta con una lente de epoxi negro, que mejora su sensibilidad a la radiación infrarroja mientras proporciona un cierto grado de filtrado de la luz ambiente. Este componente está diseñado para aplicaciones que requieren tiempos de respuesta rápidos y un rendimiento fiable en diversas condiciones ambientales.

Ventajas Principales:Los puntos fuertes clave de este fotodiodo incluyen su tiempo de respuesta rápido, alta fotosensibilidad y baja capacitancia de unión. Estas características lo hacen adecuado para detectar cambios rápidos en la intensidad de la luz. El dispositivo también cumple con las normativas RoHS y REACH de la UE, lo que indica el uso de materiales sin plomo y la adhesión a estándares de seguridad ambiental.

Mercado Objetivo:Este fotodiodo está dirigido a la industria electrónica, específicamente para su uso en sistemas de seguridad, enlaces de comunicación óptica de alta velocidad, sistemas de medición de luz para cámaras y otras aplicaciones optoelectrónicas donde se requiere una detección de luz precisa y rápida.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Tensión Inversa (VR):32 V. Esta es la máxima tensión de polarización inversa que se puede aplicar 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 el almacenamiento sin operación.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C. La temperatura máxima que el dispositivo puede soportar durante un proceso de soldadura, típicamente por un corto período (ej., 10 segundos).
• Disipación de Potencia (Pc):150 mW a 25°C o menos de temperatura ambiente libre. La máxima potencia que el dispositivo puede disipar de forma segura.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a Ta=25°C y definen el rendimiento del dispositivo bajo condiciones de prueba especificadas.

• Ancho de Banda Espectral (λ0.5):840 nm a 1100 nm. Este es el rango de longitud de onda donde la responsividad del fotodiodo es al menos la mitad de su valor máximo. Indica sensibilidad principalmente en la región del infrarrojo cercano.
• Longitud de Onda de Sensibilidad Máxima (λP):940 nm (Típico). La longitud de onda de la luz a la que el fotodiodo es más sensible.
• Tensión en Circuito Abierto (VOC):0.39 V (Típico). La tensión generada a través de los terminales del fotodiodo bajo iluminación (Ee=1mW/cm² a λp=940nm) cuando no hay una carga externa conectada (circuito abierto).
• Corriente en Cortocircuito (ISC):35 µA (Típico). La corriente que fluye a través del fotodiodo bajo la misma iluminación cuando los terminales están cortocircuitados.
• Corriente de Luz Inversa (IL):35 µA (Típico, Mín 25 µA). La corriente que fluye cuando el fotodiodo está polarizado en inversa (VR=5V) e iluminado. Este es un parámetro clave para circuitos de fotodetección.
• Corriente de Oscuridad Inversa (ID):5 nA (Típico, Máx 30 nA). La pequeña corriente de fuga que fluye bajo polarización inversa (VR=10V) en completa oscuridad. Valores más bajos son generalmente mejores para la relación señal-ruido.
• Tensión de Ruptura Inversa (VBR):Mín 32 V, Típ 170 V. La tensión inversa a la cual el diodo comienza a conducir fuertemente (ruptura). El límite mínimo coincide con el Límite Absoluto Máximo.
• Capacitancia Total (Ct):18 pF (Típico). La capacitancia de unión a VR=5V y f=1MHz. Una capacitancia más baja contribuye a un tiempo de respuesta más rápido.
• Tiempo de Subida / Bajada (tr / tf):45 ns (Típico). El tiempo requerido para que la señal de salida suba del 10% al 90% (o baje del 90% al 10%) de su valor final en respuesta a un cambio escalón en la intensidad de la luz, medido con VR=10V y RL=100Ω.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran cómo varían los parámetros clave con las condiciones de operación. Estas son esenciales para el diseño de circuitos.

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 los 25°C. Los diseñadores deben reducir la capacidad de manejo de potencia en entornos de alta temperatura para evitar daños térmicos.

3.2 Sensibilidad Espectral

Este gráfico representa la responsividad normalizada del fotodiodo en función de la longitud de onda. Confirma visualmente la sensibilidad máxima a 940 nm y el ancho de banda espectral desde aproximadamente 840 nm hasta 1100 nm, destacando su idoneidad para aplicaciones infrarrojas.

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 eleva el piso de ruido del sistema de detección.

3.4 Corriente de Luz Inversa vs. Irradiancia (Ee)

Este gráfico demuestra la relación lineal entre la fotocorriente generada (IL) y la densidad de potencia de la luz incidente (irradiancia) en un rango especificado. Confirma la respuesta fotográfica lineal del dispositivo, lo cual es vital para una medición precisa de la luz.

3.5 Capacitancia Terminal vs. Tensión Inversa

La capacitancia de unión (Ct) disminuye a medida que aumenta la tensión de polarización inversa (VR). Esta curva permite a los diseñadores seleccionar una tensión de polarización de operación que optimice el equilibrio entre velocidad de respuesta (menor capacitancia a mayor VR) y consumo de potencia/ruido.

3.6 Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga

Este gráfico muestra cómo el tiempo de subida/bajada (tr/tf) varía con la resistencia de carga (RL) en el circuito de detección. Se logran tiempos de respuesta más rápidos con resistencias de carga más pequeñas, pero esto también reduce la amplitud de la tensión de salida. La curva ayuda a seleccionar RL para un ancho de banda deseado.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo está en un encapsulado plástico con terminales radiales de 5mm de diámetro. El dibujo dimensional especifica el diámetro del cuerpo, la separación de terminales, el diámetro de los terminales y las dimensiones generales. Una nota indica tolerancias estándar de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario en el dibujo. El cátodo se identifica típicamente por un terminal más largo o una marca plana en el borde del encapsulado.

4.2 Identificación de Polaridad

El ánodo está conectado al terminal más corto, mientras que el cátodo está conectado al terminal más largo. El encapsulado también puede tener un lado plano cerca del terminal del cátodo. Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El Límite Absoluto Máximo para la temperatura de soldadura es 260°C. Esto es compatible con perfiles estándar de soldadura por reflujo sin plomo (ej., IPC/JEDEC J-STD-020). El dispositivo no debe estar expuesto a esta temperatura durante un período prolongado; la duración típica de la temperatura máxima de reflujo es de 20-40 segundos. La soldadura manual con un cautín de temperatura controlada también es aceptable, siempre que no se supere el límite de 260°C en el terminal. El almacenamiento debe ser en un ambiente seco y ambiente dentro del rango Tstg especificado de -40°C a +100°C para prevenir la absorción de humedad y otras degradaciones.

6. Información de Empaquetado y Pedido

La especificación de empaquetado estándar es de 200-500 piezas por bolsa, 5 bolsas por caja y 10 cajas por cartón. La etiqueta en el empaquetado incluye campos para Número de Producto del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad de Empaquetado (QTY) y Número de Lote (LOT No). Otros campos como CAT (Rango de Intensidad Luminosa), HUE (Rango de Longitud de Onda Dominante) y REF (Rango de Tensión Directa) se enumeran pero son más típicos para LEDs; para este fotodiodo, pueden no usarse activamente para clasificación. El número de producto PD333-3B/L2 sigue la convención de nomenclatura interna del fabricante.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Fotodetección de Alta Velocidad:Utilizado en enlaces de datos ópticos, escáneres de códigos de barras y telémetros láser donde el tiempo de respuesta de 45ns es ventajoso.
• Sistemas de Seguridad:Integrado en sensores de movimiento infrarrojos pasivos (PIR), sensores de interrupción de haz y cortinas de luz.
• Sistemas de Cámara:Empleado para control automático de exposición, monitoreo de flash y detección de filtrado infrarrojo.
• Detección Industrial:Detección de objetos, sensado de bordes y medición de opacidad en equipos automatizados.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Polarización:Para la respuesta más rápida, opere el fotodiodo en modo de polarización inversa (fotoconductivo). Un amplificador de transimpedancia (TIA) se usa comúnmente para convertir la fotocorriente en una señal de tensión.
• Reducción de Ruido:Proteja el dispositivo y el circuito del ruido eléctrico. Use un amplificador operacional de bajo ruido para el TIA y considere el filtrado para mitigar los efectos de la corriente de oscuridad, especialmente a altas temperaturas.
• Consideraciones Ópticas:El epoxi negro transmite infrarrojo. Para un filtrado de longitud de onda específico, puede ser necesario un filtro óptico externo adicional. Asegúrese de que la apertura óptica esté limpia y correctamente alineada.
• Selección de la Resistencia de Carga:Elija RL en función del ancho de banda requerido (ver curva Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga) y del nivel de tensión de salida deseado (Vout = IL * RL).

8. Comparación Técnica

En comparación con fotodiodos estándar o fototransistores, el PD333-3B/L2 ofrece una combinación equilibrada de velocidad y sensibilidad. Su estructura PIN proporciona una región de agotamiento más amplia que un fotodiodo PN estándar, lo que resulta en una menor capacitancia de unión (18 pF típico) para una respuesta más rápida y una mayor eficiencia cuántica en el espectro infrarrojo. El encapsulado de 5mm ofrece un área activa más grande que los fotodiodos SMD más pequeños, recolectando más luz para una mayor señal de salida, lo que puede ser beneficioso en escenarios de detección con poca luz o a mayor distancia.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la corriente en cortocircuito (ISC) y la corriente de luz inversa (IL)?

R: ISC se mide con tensión de polarización cero (terminales cortocircuitados), mientras que IL se mide bajo una polarización inversa aplicada (ej., 5V). IL es típicamente muy cercana a ISC para un fotodiodo PIN y es el parámetro utilizado en la mayoría de los circuitos de detección polarizados.

P: ¿Puedo usar este fotodiodo para detectar luz visible?

R: Si bien tiene cierta sensibilidad en el espectro rojo visible (cerca de 700nm), su pico está en 940nm (infrarrojo). Para un rendimiento óptimo con luz visible, un fotodiodo con una sensibilidad máxima en el rango visible (ej., 550-650nm) sería más adecuado.

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

R: El método más común es usar un amplificador de transimpedancia (TIA). La tensión de salida es Vout = -IL * Rf, donde Rf es la resistencia de realimentación del TIA. Esta configuración también mantiene al fotodiodo en una condición de cortocircuito virtual, minimizando los efectos de la capacitancia de unión.

P: ¿Qué significa la designación "sin plomo" y "conforme a RoHS"?

R: Indica que el producto se fabrica sin el uso de plomo (Pb) y cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas de la Unión Europea, que restringe materiales peligrosos específicos en equipos eléctricos y electrónicos.

10. Caso de Uso Práctico

Diseño de un Sensor de Proximidad Infrarrojo:El PD333-3B/L2 puede emparejarse con un LED infrarrojo de 940nm para crear un sensor simple de proximidad o detección de objetos. El LED se pulsa a una frecuencia específica. El fotodiodo detecta la luz IR reflejada. Un circuito que presenta el fotodiodo en modo de polarización inversa, seguido de un TIA y un filtro de paso de banda sintonizado a la frecuencia de pulso del LED, puede extraer efectivamente la débil señal reflejada del ruido de la luz ambiente. El tiempo de respuesta de 45ns permite una modulación de alta frecuencia, mejorando la inmunidad al ruido y permitiendo ciclos de detección más rápidos.

11. Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN es un dispositivo semiconductor con una región intrínseca (I) intercalada entre regiones de tipo P y tipo N. Cuando fotones con energía mayor que el bandgap del semiconductor golpean el dispositivo, generan pares electrón-hueco en la región intrínseca. Bajo polarización inversa, el campo eléctrico a través de la región intrínseca barre estos portadores de carga hacia los terminales respectivos, generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La amplia región intrínseca reduce la capacitancia de unión (permitiendo una respuesta más rápida) y aumenta el volumen para la absorción de fotones (mejorando la sensibilidad), especialmente para longitudes de onda más largas como el infrarrojo.

12. Tendencias de la Industria

La demanda de fotodiodos continúa creciendo en áreas como la automatización industrial, LiDAR automotriz, electrónica de consumo (ej., sensores de proximidad en smartphones) y sensado biomédico. Las tendencias incluyen una mayor miniaturización en encapsulados a escala de chip (CSP), la integración con circuitos de amplificación y procesamiento de señal en el mismo chip, y el desarrollo de fotodiodos para bandas de longitud de onda específicas (ej., para detección de gases). También hay un enfoque en mejorar métricas de rendimiento como una menor corriente de oscuridad, mayor velocidad y una mayor confiabilidad bajo condiciones ambientales adversas. El PD333-3B/L2 representa un componente maduro y confiable en este panorama en evolución, muy adecuado para aplicaciones de alto volumen y sensibles al costo que requieren una detección infrarroja robusta.