Hoja de Datos del Fotodiodo PD333-3C/H0/L2 de 5mm - Diámetro 5mm - Tensión Inversa 32V - Sensibilidad Máxima 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El PD333-3C/H0/L2 es un fotodiodo PIN de silicio de alta velocidad y alta sensibilidad, encapsulado en un paquete plástico estándar de 5mm de diámetro. Este dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren detección óptica rápida, aprovechando su pequeña capacitancia de unión y su tiempo de respuesta rápido. El uso de epoxi transparente como material de la lente lo hace sensible a un amplio espectro, incluyendo radiación visible e infrarroja, con una sensibilidad máxima específicamente en la región del infrarrojo cercano. Sus objetivos de diseño principales son proporcionar un rendimiento fiable en soluciones de detección compactas y rentables.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo de los principales parámetros eléctricos y ópticos especificados en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está clasificado para una tensión inversa máxima (VR) de 32V, lo que define el límite superior de la tensión de polarización que se puede aplicar sin riesgo de daño permanente. El rango de temperatura de funcionamiento (Topr) es de -25°C a +85°C, adecuado para la mayoría de los entornos comerciales e industriales. El almacenamiento puede realizarse en un rango más amplio, de -40°C a +100°C. La temperatura de soldadura (Tsol) se especifica en 260°C, que es una temperatura máxima estándar para procesos de reflujo sin plomo. La disipación de potencia (Pc) es de 150 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior, un parámetro crucial para la gestión térmica en el circuito de aplicación.

2.2 Características Electro-Ópticas

La respuesta espectral es amplia, cubriendo un ancho de banda (λ0.5) desde 400 nm hasta 1100 nm, con una longitud de onda de sensibilidad máxima típica (λP) en 940 nm. Esto lo hace ideal para aplicaciones de detección infrarroja, como aquellas que utilizan LEDs IR de 850nm o 940nm. Los parámetros clave de sensibilidad incluyen una tensión de circuito abierto típica (VOC) de 0,39V y una corriente de cortocircuito (ISC) de 40 μA, ambos medidos bajo una irradiancia (Ee) de 1 mW/cm² a 940nm. Bajo una polarización inversa de 5V, la corriente luminosa inversa típica (IL) es de 40 μA bajo la misma condición de irradiancia. La corriente de oscuridad inversa (ID), un parámetro crítico para el rendimiento en condiciones de poca luz, es típicamente de 5 nA a VR=10V, con un máximo de 30 nA. La capacitancia total de unión (Ct) es típicamente de 18 pF a VR=5V y 1 MHz, lo que influye directamente en la velocidad del dispositivo. Los tiempos de subida y bajada (tr/tf) son típicamente de 45 ns cada uno cuando se miden con VR=10V y una resistencia de carga (RL) de 100Ω, confirmando su capacidad de alta velocidad. El ángulo de visión (2θ1/2) es de 80 grados.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas de rendimiento típicas que ilustran cómo varían los parámetros clave con las condiciones de funcionamiento. Estas curvas son esenciales para que los ingenieros de diseño predigan el rendimiento en el mundo real.

3.1 Sensibilidad Espectral

La curva de sensibilidad espectral muestra la responsividad relativa del fotodiodo a lo largo de longitudes de onda desde aproximadamente 400 nm hasta 1100 nm. La curva alcanza su máximo de forma pronunciada alrededor de 940 nm, confirmando su optimización para la luz del infrarrojo cercano. La sensibilidad cae significativamente en el espectro visible profundo y más allá de 1100 nm.

3.2 Dependencia de la Temperatura

Dos curvas destacan los efectos de la temperatura: Disipación de Potencia vs. Temperatura Ambiente y Corriente de Oscuridad Inversa vs. Temperatura Ambiente. La curva de reducción de la disipación de potencia muestra cómo la potencia máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente por encima de 25°C. La curva de corriente de oscuridad demuestra que ID aumenta exponencialmente con la temperatura, una característica común de las uniones semiconductoras. Esto es crítico para aplicaciones que funcionan a temperaturas elevadas, ya que el aumento de la corriente de oscuridad eleva el nivel de ruido de fondo.

3.3 Linealidad y Respuesta Dinámica

La curva de Corriente Luminosa Inversa vs. Ee ilustra la linealidad del fotodiodo. En un rango específico de irradiancia, la fotocorriente (IL) debe aumentar linealmente con la potencia óptica incidente. La curva de Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga muestra cómo el tiempo de subida/bajada (tr/tf) aumenta con una mayor resistencia de carga (RL). Para aplicaciones de alta velocidad, es necesaria una resistencia de carga de bajo valor (como los 100Ω utilizados en la especificación), aunque produce una oscilación de tensión de salida más pequeña.

3.4 Capacitancia vs. Tensión

La curva de Capacitancia Terminal vs. Tensión Inversa muestra que la capacitancia de unión (Ct) disminuye a medida que aumenta la tensión de polarización inversa. Esto se debe al ensanchamiento de la región de agotamiento. Aplicar una polarización inversa más alta (dentro de los límites) puede así mejorar la velocidad al reducir la capacitancia, a costa de una posible mayor corriente de oscuridad.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado radial con pines estándar de 5mm (T-1 3/4). El dibujo detallado de dimensiones especifica el diámetro, la separación de los pines, la longitud de los pines y la forma de la lente. Una nota clave especifica que las tolerancias dimensionales son de ±0,25mm a menos que se indique lo contrario. Se identifican el ánodo y el cátodo, siendo el pin más largo típicamente el ánodo (lado positivo en modo fotovoltaico).

4.2 Identificación de Polaridad

La polaridad se indica por la longitud de los pines. El pin más largo es el ánodo (lado P), y el pin más corto es el cátodo (lado N). Cuando se opera en modo fotoconductor (polarizado inversamente), el cátodo debe conectarse a la tensión positiva de alimentación.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura es de 260°C. Esto se alinea con los perfiles de reflujo sin plomo comunes. Durante la soldadura manual, se debe tener cuidado de minimizar el tiempo de exposición al calor para evitar daños en el encapsulado plástico y la lente de epoxi. El dispositivo debe almacenarse en condiciones dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-40°C a +100°C) y en un ambiente seco para evitar la absorción de humedad, lo que podría afectar la fiabilidad durante el reflujo.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificación de Embalaje

El método de embalaje estándar es: 200-500 piezas por bolsa, 5 bolsas por caja interior y 10 cajas interiores por caja maestra (exterior).

6.2 Especificación de Etiquetado

La etiqueta en el embalaje contiene varios campos: CPN (Número de Producto del Cliente), P/N (Número de Producto), QTY (Cantidad de Embalaje), LOT No. (Número de Lote para trazabilidad) y códigos de fecha. Esto facilita la gestión de inventario y la trazabilidad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La hoja de datos enumera: Detección fotoeléctrica de alta velocidad, Sistemas de seguridad y Cámaras. Específicamente, este fotodiodo es muy adecuado para:

• Receptores de Control Remoto por Infrarrojos:Emparejado con un LED IR de 940nm y un CI demodulador.
• Codificadores Ópticos:Para detección de velocidad y posición en impresoras, motores o equipos industriales.
• Detección de Luz Ambiental (ALS):Para el control de retroiluminación de pantallas en dispositivos, aunque su sensibilidad al IR puede requerir filtrado para una medición precisa de la luz visible.
• Detección Simple de Objetos:En conjunto con una fuente de luz IR para sensores de proximidad o de haz interrumpido.
• Oximetría de Pulso (en dispositivos médicos, con las calificaciones apropiadas):Detección de luz roja e IR, aunque se requiere certificación médica.

7.2 Consideraciones de Diseño

Configuración de Polarización:Para respuesta de alta velocidad o lineal, utilice el fotodiodo en modo fotoconductor (polarizado inversamente). Un circuito de amplificador de transimpedancia (TIA) se utiliza comúnmente para convertir la fotocorriente en una tensión. La resistencia y el condensador de realimentación en el TIA deben elegirse en función del ancho de banda deseado y la capacitancia del fotodiodo (18 pF típico).

Minimización de Ruido:Mantenga los pines del fotodiodo cortos y utilice un diseño protegido para minimizar la capacitancia parásita y la captación de interferencias electromagnéticas. Para aplicaciones de poca luz, considere enfriar el dispositivo para reducir el ruido de la corriente de oscuridad.

Consideraciones Ópticas:La lente transparente admite luz visible e IR. Si solo se desea detección IR, se puede añadir un filtro paso IR para bloquear la luz visible y reducir el ruido de las fuentes visibles ambientales. El ángulo de visión de 80 grados proporciona un amplio campo de visión; se pueden usar aperturas ópticas o lentes para estrecharlo si es necesario.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con un fotodiodo PN estándar, un fotodiodo PIN como el PD333-3C/H0/L2 tiene una región intrínseca (I) entre las capas P y N. Esta región intrínseca crea un área de agotamiento más grande, lo que resulta en dos ventajas clave:1) Capacitancia de Unión Más Baja:La capacitancia de 18 pF es relativamente baja para un dispositivo de 5mm, permitiendo tiempos de respuesta más rápidos.2) Linealidad Mejorada:La región de agotamiento más ancha permite una recolección más eficiente de portadores de carga en un rango más amplio de tensiones de polarización e intensidades de luz. En comparación con los fototransistores, los fotodiodos son generalmente más rápidos y tienen una salida más lineal, pero producen una señal de corriente mucho más pequeña, requiriendo una amplificación más sofisticada.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre la corriente de cortocircuito (ISC) y la corriente luminosa inversa (IL)?

ISC se mide con polarización cero a través del diodo (modo fotovoltaico), mientras que IL se mide bajo una polarización inversa específica (modo fotoconductor). IL es típicamente muy cercana, pero no exactamente igual, a ISC. La hoja de datos muestra ambas como 40 μA típicas bajo las mismas condiciones de prueba.

9.2 ¿Por qué es importante la corriente de oscuridad?

La corriente de oscuridad es la pequeña corriente que fluye incluso cuando no hay luz presente. Establece el nivel de ruido de fondo para el sensor. En aplicaciones de poca luz, una corriente de oscuridad baja (5 nA típico aquí) es esencial para lograr una buena relación señal-ruido.

9.3 ¿Cómo elijo la resistencia de carga (RL) para mi aplicación?

La elección implica un compromiso entre velocidad y amplitud de salida. Una RL pequeña (por ejemplo, 50Ω) da una respuesta rápida (ver la curva tr/tf vs. RL) pero una tensión de salida pequeña (Vout = IL * RL). Una RL grande da una tensión mayor pero una respuesta más lenta debido a la constante de tiempo RC formada por la capacitancia del fotodiodo y RL. Para la detección de pulsos digitales, a menudo se prioriza la velocidad.

9.4 ¿Puedo usarlo con una fuente de luz visible como un LED rojo?

Sí, la curva de respuesta espectral muestra una sensibilidad significativa hasta 400 nm. Sin embargo, su responsividad a 650 nm (rojo) será menor que en su pico de 940 nm. Obtendría una señal más pequeña en comparación con el uso de una fuente IR de la misma potencia óptica.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Receptor de Enlace de Datos por Infrarrojos.Un diseñador necesita recibir datos modulados de un LED IR de 940nm a 38 kHz (una frecuencia común de control remoto). Selecciona el PD333-3C/H0/L2 por su alta sensibilidad a 940nm y su rápida respuesta (un tiempo de subida de 45 ns es más que suficiente para 38 kHz). El fotodiodo se polariza inversamente a 5V. La salida se conecta a un CI receptor de IR dedicado (que incluye un TIA, un filtro de paso banda sintonizado a 38 kHz y un demodulador). El diseñador coloca el fotodiodo cerca del pin de entrada del CI, utiliza trazas cortas y añade un pequeño condensador de desacoplamiento cerca de la fuente de polarización para minimizar el ruido. Se coloca una ventana transparente al IR delante del fotodiodo para bloquear la luz visible y reducir la interferencia de las luces fluorescentes, que pueden parpadear a 100/120 Hz.

11. Principio de Funcionamiento

Un fotodiodo PIN es un dispositivo semiconductor que convierte la luz en corriente eléctrica. Cuando fotones con energía mayor que el bandgap del semiconductor golpean el dispositivo, generan pares electrón-hueco en la región intrínseca. Bajo la influencia del campo eléctrico incorporado (en modo fotovoltaico) o de una polarización inversa aplicada (en modo fotoconductor), estos portadores de carga se separan, creando una fotocorriente medible que es proporcional a la potencia óptica incidente. La capa "I" (intrínseca) es clave: está ligeramente dopada, creando una amplia región de agotamiento que reduce la capacitancia para mayor velocidad y mejora la eficiencia cuántica al proporcionar un volumen mayor para la absorción de fotones.

12. Tendencias Tecnológicas

La tendencia general en la tecnología de fotodiodos es hacia una mayor integración, menor ruido y mayor especificidad de aplicación. Esto incluye el desarrollo de fotodiodos con amplificación en el chip (combinaciones integradas de fotodiodo-amplificador), matrices para imágenes o detección multicanal, y dispositivos con respuestas espectrales personalizadas o filtros ópticos incorporados. También hay investigaciones en curso sobre materiales más allá del silicio (como InGaAs) para la detección en rangos infrarrojos extendidos. Para componentes comerciales estándar como el fotodiodo PIN de 5mm, el enfoque sigue siendo la reducción de costos, la mejora de la fiabilidad y el logro de distribuciones de parámetros más ajustadas, manteniendo métricas clave de rendimiento como velocidad y sensibilidad.