Hoja de Datos del Fotodiodo PD333-3B/L1 de 5mm - Diámetro 5mm - Tensión Inversa 32V - Lente Negro - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD333-3B/L1 es un fotodiodo PIN de silicio de alta velocidad y alta sensibilidad, encapsulado en un paquete plástico estándar de 5 mm de diámetro. Su función principal es convertir la luz incidente, 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 minimiza la respuesta a la luz visible. Esto lo hace especialmente adecuado para aplicaciones que requieren detección en el rango del infrarrojo cercano. Las ventajas principales de este componente incluyen su tiempo de respuesta rápido, alta fotosensibilidad y baja capacitancia de unión, aspectos críticos para la detección de señales de alta velocidad. Está diseñado como un componente libre de plomo (Pb-free) y cumple con las normativas medioambientales relevantes como RoHS y REACH de la UE.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está diseñado para operar de manera confiable dentro de los límites especificados. Exceder estos valores puede causar daños permanentes.

• Tensión Inversa (V_R):32 V - La tensión de polarización inversa máxima que se puede aplicar a los terminales del fotodiodo.
• Temperatura de Operación (T_opr):-25°C a +85°C - El rango de temperatura ambiente para operación normal.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C - El rango de temperatura para almacenamiento sin operación.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C - La temperatura máxima que el dispositivo puede soportar durante los procesos de soldadura.
• Disipación de Potencia (P_c):150 mW - La potencia máxima que el dispositivo puede disipar a una temperatura ambiente de 25°C o inferior.

2.2 Características Electro-Ópticas

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

• Ancho de Banda Espectral (λ_0.5):840 nm a 1100 nm - El rango de longitud de onda donde la responsividad es al menos la mitad de su valor pico.
• Longitud de Onda de Sensibilidad Pico (λ_P):940 nm (Típico) - La longitud de onda de la luz a la que el fotodiodo es más sensible.
• Tensión en Circuito Abierto (V_OC):0.44 V (Típico) - La tensión generada en los terminales abiertos cuando está iluminado (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• Corriente de Cortocircuito (I_SC):10 µA (Típico) - La corriente que fluye cuando los terminales están en cortocircuito bajo iluminación (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• Corriente Luminosa Inversa (I_L):Mín. 15 µA - La fotocorriente generada bajo polarización inversa (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). Este es un parámetro clave para la detección de señal.
• Corriente Oscura Inversa (I_D):Máx. 30 nA - La pequeña corriente de fuga que fluye bajo polarización inversa en completa oscuridad (V_R=10V). Un valor más bajo es deseable para una mejor relación señal-ruido.
• Tensión de Ruptura Inversa (V_BR):Mín. 32 V, Típ. 170 V - La tensión inversa a la cual la unión se rompe y la corriente aumenta bruscamente.
• Capacitancia Total (C_t):6.0 pF (Típico) - La capacitancia de unión bajo polarización inversa (V_R=5V, f=1MHz). Una capacitancia baja es crucial para operación de alta velocidad.
• Tiempo de Subida/Bajada (t_r/t_f):10 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 (V_R=10V, R_L=100Ω). Esto define la velocidad máxima de conmutación.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El PD333-3B/L1 se clasifica en diferentes lotes (bins) basándose en su rendimiento de Corriente Luminosa Inversa (I_L) bajo condiciones de prueba específicas (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con un rendimiento consistente para su aplicación.

La hoja de datos también indica tolerancias estándar: Intensidad Luminosa ±10%, Longitud de Onda Dominante ±1nm, y Tensión Directa ±0.1V, aunque estos dos últimos son más relevantes para LEDs que para este fotodiodo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas son esenciales para el diseño de circuitos y la predicción del rendimiento.

4.1 Sensibilidad Espectral

La curva de respuesta espectral muestra la sensibilidad relativa del dispositivo a través de diferentes longitudes de onda. Tiene su pico a 940 nm (infrarrojo) y tiene una respuesta significativa desde aproximadamente 840 nm hasta 1100 nm. Esto confirma su idoneidad para sistemas basados en IR como controles remotos y sensores de proximidad.

4.2 Dependencia de la Temperatura

Se proporcionan curvas que muestran la relación entre la Corriente Oscura Inversa y la Temperatura Ambiente, y la Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente. La corriente oscura típicamente aumenta con la temperatura, lo que puede afectar el nivel de ruido en aplicaciones sensibles. La curva de reducción de potencia muestra cómo la disipación de potencia máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C.

4.3 Características Eléctricas

Los gráficos clave incluyen:

• Corriente Luminosa Inversa vs. Irradiancia (E_e):Muestra la relación lineal entre la fotocorriente generada y la densidad de potencia de la luz incidente, una propiedad fundamental de los fotodiodos.
• Capacitancia Terminal vs. Tensión Inversa:Demuestra cómo la capacitancia de unión disminuye al aumentar la tensión de polarización inversa. Operar a una tensión inversa más alta (dentro de los límites) puede mejorar la velocidad al reducir la capacitancia.
• Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga:Ilustra cómo el tiempo de subida/bajada se ve afectado por la resistencia de carga (R_L) en el circuito. Una R_Lmás pequeña generalmente conduce a una respuesta más rápida pero a un menor rango de tensión de salida.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El dispositivo utiliza un paquete plástico redondo estándar de 5 mm de diámetro. El dibujo de dimensiones del paquete proporciona medidas críticas para el diseño de la huella en PCB y la integración mecánica. Las dimensiones clave incluyen el diámetro total (5mm), el espaciado de los terminales y la altura del componente. El dibujo especifica una tolerancia general de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario. El paquete cuenta con dos terminales axiales para la conexión eléctrica. El cuerpo de epoxi negro actúa como lente y filtro IR. La identificación correcta de la polaridad debe basarse en el diagrama de terminales de la hoja de datos; típicamente, el cátodo se indica por un terminal más largo, una zona plana en el encapsulado o una marca específica.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El componente está clasificado para una temperatura máxima de soldadura de 260°C. Se pueden utilizar perfiles estándar de soldadura por reflujo u onda para procesos libres de plomo, asegurando que la temperatura máxima y el tiempo por encima del líquido se controlen para evitar daños térmicos. La soldadura manual debe realizarse rápidamente con un soldador de temperatura controlada. Se recomienda almacenar los componentes en un ambiente seco para evitar la absorción de humedad, lo que podría causar problemas durante la soldadura (efecto "popcorning").

7. Información de Embalaje y Pedido

La especificación de embalaje estándar es de 500 piezas por bolsa, 5 bolsas por caja y 10 cajas por cartón, totalizando 25,000 piezas por cartón. La etiqueta en el embalaje incluye campos para el Número de Producto del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad de Embalaje (QTY) y las clasificaciones de rendimiento relevantes (CAT para intensidad, etc.), junto con el Número de Lote y codificación de fecha para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Detección Fotográfica de Alta Velocidad:Adecuado para transmisión de datos por fibra óptica, lectores de códigos de barras y codificadores ópticos debido a su tiempo de respuesta de 10ns.
• Sistemas de Seguridad:Puede usarse en haces de detección de intrusión, detectores de humo o como receptor para comunicación de seguridad basada en IR.
• Aplicaciones de Cámara:Útil para fotometría, sistemas de asistencia de enfoque automático o como monitor de filtro de corte IR.
• Detección Industrial:Detección de objetos, conteo y detección de posición en equipos automatizados.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Polarización:El fotodiodo puede usarse en modo fotovoltaico (polarización cero) para aplicaciones de bajo ruido o en modo fotoconductivo (polarización inversa) para mayor velocidad y linealidad. La tensión inversa máxima de 32V permite una amplia gama de opciones de polarización.
• Amplificación:La corriente de salida es pequeña (microamperios), por lo que casi siempre se requiere un amplificador de transimpedancia (TIA) para convertir la corriente en una señal de tensión utilizable.
• Ruido:Para aplicaciones sensibles, considere la corriente oscura y su dependencia de la temperatura. Es necesario un blindaje y un diseño cuidadoso del PCB para minimizar la captación de ruido eléctrico.
• Filtrado Óptico:El epoxi negro proporciona cierto filtrado, pero para una selección específica de longitud de onda, puede ser necesario un filtro óptico de paso de banda adicional.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con fotodiodos genéricos, el PD333-3B/L1 ofrece una combinación equilibrada de velocidad (10ns), sensibilidad (mín. 15µA @ condiciones especificadas) y una robusta clasificación de tensión inversa de 32V en un paquete común de 5mm. Su construcción de silicio y estructura PIN proporcionan un buen equilibrio entre costo, velocidad y sensibilidad para aplicaciones de infrarrojo cercano. Las alternativas podrían incluir fotodiodos con paquetes más pequeños para diseños con limitaciones de espacio, aquellos con respuestas espectrales diferentes (por ejemplo, luz visible) o fotodiodos de avalancha (APDs) para aplicaciones que requieren ganancia interna, aunque los APDs son más complejos y costosos.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la diferencia entre el modo fotovoltaico y el fotoconductivo?

R: En el modo fotovoltaico (polarización cero), el fotodiodo genera su propia tensión/corriente, ofreciendo una corriente oscura y ruido muy bajos. En el modo fotoconductivo (polarización inversa), se aplica una tensión externa, lo que reduce la capacitancia de unión (aumentando la velocidad) y mejora la linealidad, a costa de una corriente oscura ligeramente mayor.

P: ¿Cómo elijo el lote (bin) correcto?

R: Seleccione un lote basándose en la corriente de señal mínima requerida para su aplicación. Usar un lote superior asegura una señal más fuerte pero puede tener implicaciones de costo. Para consistencia en la producción, especifique un solo lote.

P: ¿Se puede usar este fotodiodo para detección de luz visible?

R: Si bien tiene cierta respuesta en el espectro rojo visible, su pico está en 940nm (IR), y el epoxi negro atenúa la luz visible. Para la detección principal de luz visible, sería más apropiado un fotodiodo con una lente transparente o de color específico y una longitud de onda pico en el rango visible.

P: ¿Qué valor de resistencia de carga (R_L) debo usar?

R: Depende de la velocidad y el nivel de señal requeridos. Una R_Lmás pequeña (por ejemplo, 50Ω) da una respuesta más rápida pero una salida de tensión menor (Vout = I_ph* R_L). Una R_Lmás grande da una tensión mayor pero una respuesta más lenta debido a la constante de tiempo RC formada con la capacitancia del diodo. Consulte la curva "Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga".

11. Caso Práctico de Diseño

Caso: Sensor Simple de Detección de Objetos

Un uso común es un sensor de haz interrumpido. Un LED IR que emite a 940nm se coloca frente al fotodiodo PD333-3B/L1. El fotodiodo opera en modo fotoconductivo con una polarización inversa de 5V a través de una resistencia de carga (por ejemplo, 10kΩ). Bajo condiciones normales, la luz IR incide en el diodo, generando una fotocorriente y creando una caída de tensión en la resistencia. Cuando un objeto interrumpe el haz, la fotocorriente cae significativamente, causando un gran cambio en la tensión a través de la resistencia. Esta señal de tensión puede enviarse a un comparador para generar una interrupción digital para un microcontrolador. El tiempo de respuesta de 10ns es mucho más rápido de lo necesario para esta aplicación, pero la alta sensibilidad asegura un funcionamiento confiable incluso con fuentes IR más débiles o a distancias más largas.

12. 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, crean pares electrón-hueco en la región intrínseca. Bajo la influencia de un potencial interno incorporado (modo fotovoltaico) o una polarización inversa aplicada (modo fotoconductivo), estos portadores de carga se separan, creando una fotocorriente medible que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La amplia región intrínseca en una estructura PIN reduce la capacitancia de unión en comparación con un fotodiodo PN estándar, permitiendo una operación de mayor velocidad.

13. Tendencias de la Industria

La demanda de fotodiodos continúa creciendo en áreas como la electrónica de consumo (sensores de teléfonos inteligentes, wearables), automoción (LiDAR, monitoreo del conductor), automatización industrial y comunicaciones (centros de datos). Las tendencias incluyen una mayor miniaturización hacia paquetes a escala de chip, integración con circuitos de amplificación y procesamiento de señal en el mismo chip, desarrollo de fotodiodos para nuevos rangos de longitud de onda (por ejemplo, infrarrojo de onda corta) y mejora de parámetros de rendimiento como menor ruido y mayor velocidad para cumplir con los requisitos de las tecnologías emergentes.