Fiche technique Photodiode PD333-3B/L2 - Diamètre 5mm - Tension inverse 32V - Puissance dissipée 150mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD333-3B/L2 est une photodiode PIN silicium rapide et sensible, logée dans un boîtier plastique standard de 5mm de diamètre. Sa fonction principale est de convertir la lumière, en particulier dans le spectre infrarouge, en un courant électrique. Le dispositif est doté d'une lentille en époxy noir, qui améliore sa sensibilité au rayonnement infrarouge tout en offrant un certain filtrage de la lumière ambiante. Ce composant est conçu pour des applications nécessitant des temps de réponse rapides et des performances fiables dans diverses conditions environnementales.

Avantages principaux :Les points forts de cette photodiode incluent son temps de réponse rapide, sa haute photosensibilité et sa faible capacité de jonction. Ces caractéristiques la rendent adaptée à la détection de variations rapides de l'intensité lumineuse. Le dispositif est également conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE, indiquant l'utilisation de matériaux sans plomb et le respect des normes de sécurité environnementale.

Marché cible :Cette photodiode est destinée à l'industrie électronique, notamment pour une utilisation dans les systèmes de sécurité, les liaisons de communication optique à haute vitesse, les systèmes de mesure de lumière des appareils photo et d'autres applications optoélectroniques nécessitant une détection de lumière précise et rapide.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Tension inverse (VR) :32 V. C'est la tension de polarisation inverse maximale qui peut être appliquée aux bornes de la photodiode.
• Température de fonctionnement (Topr) :-25°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal du dispositif.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +100°C. La plage de température pour un stockage hors fonctionnement.
• Température de soudure (Tsol) :260°C. La température de crête que le dispositif peut supporter pendant un processus de soudure, généralement pour une courte durée (par exemple, 10 secondes).
• Puissance dissipée (Pc) :150 mW à une température d'air libre de 25°C ou moins. La puissance maximale que le dispositif peut dissiper en toute sécurité.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à Ta=25°C et définissent les performances du dispositif dans des conditions de test spécifiées.

• Largeur de bande spectrale (λ0.5) :840 nm à 1100 nm. C'est la plage de longueurs d'onde où la réponse de la photodiode est au moins la moitié de sa valeur de crête. Elle indique une sensibilité principalement dans la région du proche infrarouge.
• Longueur d'onde de sensibilité de crête (λP) :940 nm (Typique). La longueur d'onde de la lumière à laquelle la photodiode est la plus sensible.
• Tension en circuit ouvert (VOC) :0,39 V (Typique). La tension générée aux bornes de la photodiode sous éclairement (Ee=1mW/cm² à λp=940nm) lorsqu'aucune charge externe n'est connectée (circuit ouvert).
• Courant de court-circuit (ISC) :35 µA (Typique). Le courant traversant la photodiode sous le même éclairement lorsque les bornes sont court-circuitées.
• Courant de lumière inverse (IL) :35 µA (Typique, Min 25 µA). Le courant qui circule lorsque la photodiode est polarisée en inverse (VR=5V) et éclairée. C'est un paramètre clé pour les circuits de photodétection.
• Courant d'obscurité inverse (ID) :5 nA (Typique, Max 30 nA). Le faible courant de fuite qui circule sous polarisation inverse (VR=10V) dans l'obscurité totale. Des valeurs plus faibles sont généralement meilleures pour le rapport signal/bruit.
• Tension de claquage inverse (VBR) :Min 32 V, Typ 170 V. La tension inverse à laquelle la diode commence à conduire fortement (claquage). La valeur minimale correspond à la Caractéristique Absolue Maximale.
• Capacité totale (Ct) :18 pF (Typique). La capacité de jonction à VR=5V et f=1MHz. Une capacité plus faible contribue à un temps de réponse plus rapide.
• Temps de montée / Temps de descente (tr / tf) :45 ns (Typique). Le temps nécessaire pour que le signal de sortie passe de 10% à 90% (ou de 90% à 10%) de sa valeur finale en réponse à un changement brusque de l'intensité lumineuse, mesuré avec VR=10V et RL=100Ω.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Celles-ci sont essentielles pour la conception de circuits.

3.1 Puissance dissipée vs Température ambiante

Cette courbe montre que la puissance dissipée maximale admissible diminue lorsque la température ambiante augmente au-dessus de 25°C. Les concepteurs doivent déclasser la capacité de gestion de la puissance dans les environnements à haute température pour éviter les dommages thermiques.

3.2 Sensibilité spectrale

Ce graphique trace la réponse normalisée de la photodiode en fonction de la longueur d'onde. Il confirme visuellement la sensibilité de crête à 940 nm et la largeur de bande spectrale d'environ 840 nm à 1100 nm, soulignant son adéquation pour les applications infrarouges.

3.3 Courant d'obscurité inverse vs Température ambiante

Le courant d'obscurité augmente de façon exponentielle avec la température. Cette courbe est cruciale pour les applications fonctionnant à des températures élevées, car l'augmentation du courant d'obscurité élève le bruit de fond du système de détection.

3.4 Courant de lumière inverse vs Éclairement énergétique (Ee)

Ce tracé démontre la relation linéaire entre le photocourant généré (IL) et la densité de puissance lumineuse incidente (éclairement énergétique) sur une plage spécifiée. Il confirme la réponse photorésistive linéaire du dispositif, ce qui est vital pour une mesure précise de la lumière.

3.5 Capacité des bornes vs Tension inverse

La capacité de jonction (Ct) diminue lorsque la tension de polarisation inverse (VR) augmente. Cette courbe permet aux concepteurs de sélectionner une tension de polarisation de fonctionnement qui optimise le compromis entre la vitesse de réponse (capacité plus faible à VR plus élevée) et la consommation d'énergie/le bruit.

3.6 Temps de réponse vs Résistance de charge

Ce graphique montre comment le temps de montée/descente (tr/tf) varie avec la résistance de charge (RL) dans le circuit de détection. Des temps de réponse plus rapides sont obtenus avec des résistances de charge plus petites, mais cela réduit également l'amplitude de la tension de sortie. La courbe aide à sélectionner RL pour une bande passante souhaitée.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est dans un boîtier plastique à sorties radiales de 5mm de diamètre. Le dessin dimensionnel spécifie le diamètre du corps, l'espacement des broches, le diamètre des broches et les dimensions globales. Une note indique des tolérances standard de ±0,25mm sauf indication contraire sur le dessin. La cathode est généralement identifiée par une broche plus longue ou un méplat sur le bord du boîtier.

4.2 Identification de la polarité

L'anode est connectée à la broche la plus courte, tandis que la cathode est connectée à la broche la plus longue. Le boîtier peut également avoir un côté plat près de la broche de cathode. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage du circuit.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La Caractéristique Absolue Maximale pour la température de soudure est de 260°C. Ceci est compatible avec les profils de soudure par refusion sans plomb standard (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020). Le dispositif ne doit pas être exposé à cette température pendant une période prolongée ; la durée typique de la température de crête de refusion est de 20 à 40 secondes. La soudure manuelle avec un fer à température contrôlée est également acceptable, à condition que la limite de 260°C sur la broche ne soit pas dépassée. Le stockage doit se faire dans un environnement ambiant sec, dans la plage Tstg spécifiée de -40°C à +100°C, pour éviter l'absorption d'humidité et d'autres dégradations.

6. Conditionnement et informations de commande

La spécification de conditionnement standard est de 200 à 500 pièces par sachet, 5 sachets par boîte et 10 boîtes par carton. L'étiquette sur l'emballage comprend des champs pour le Numéro de Produit Client (CPN), le Numéro de Produit (P/N), la Quantité d'Emballage (QTY) et le Numéro de Lot (LOT No). D'autres champs comme CAT (Classe d'Intensité Lumineuse), HUE (Classe de Longueur d'Onde Dominante) et REF (Classe de Tension Directe) sont listés mais sont plus typiques pour les LED ; pour cette photodiode, ils peuvent ne pas être activement utilisés pour le tri. Le numéro de produit PD333-3B/L2 suit la convention de dénomination interne du fabricant.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Photodétection haute vitesse :Utilisée dans les liaisons de données optiques, les scanners de codes-barres et les télémètres laser où le temps de réponse de 45ns est avantageux.
• Systèmes de sécurité :Intégrée dans les capteurs de mouvement infrarouge passif (PIR), les capteurs de rupture de faisceau et les rideaux lumineux.
• Systèmes d'appareils photo :Employée pour le contrôle automatique de l'exposition, la surveillance du flash et la détection de filtrage infrarouge.
• Détection industrielle :Détection d'objets, détection de bord et mesure d'opacité dans les équipements automatisés.

7.2 Considérations de conception

• Circuit de polarisation :Pour la réponse la plus rapide, faites fonctionner la photodiode en mode polarisé en inverse (photoconductif). Un amplificateur de transimpédance (TIA) est couramment utilisé pour convertir le photocourant en un signal de tension.
• Réduction du bruit :Protégez le dispositif et le circuit du bruit électrique. Utilisez un ampli-op à faible bruit pour le TIA et envisagez un filtrage pour atténuer les effets du courant d'obscurité, en particulier à haute température.
• Considérations optiques :L'époxy noir transmet l'infrarouge. Pour un filtrage de longueur d'onde spécifique, un filtre optique externe supplémentaire peut être nécessaire. Assurez-vous que l'ouverture optique est propre et correctement alignée.
• Sélection de la résistance de charge :Choisissez RL en fonction de la bande passante requise (voir la courbe Temps de réponse vs Résistance de charge) et du niveau de tension de sortie souhaité (Vout = IL * RL).

8. Comparaison technique

Comparée aux photodiodes standard ou aux phototransistors, le PD333-3B/L2 offre une combinaison équilibrée de vitesse et de sensibilité. Sa structure PIN fournit une région de déplétion plus large qu'une photodiode PN standard, ce qui se traduit par une capacité de jonction plus faible (18 pF typique) pour une réponse plus rapide et un rendement quantique plus élevé dans le spectre infrarouge. Le boîtier 5mm offre une surface active plus grande que les photodiodes CMS plus petites, collectant plus de lumière pour un signal de sortie plus élevé, ce qui peut être bénéfique dans des scénarios de détection à faible luminosité ou à plus longue portée.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q : Quelle est la différence entre le courant de court-circuit (ISC) et le courant de lumière inverse (IL) ?

R : ISC est mesuré avec une tension de polarisation nulle (bornes court-circuitées), tandis que IL est mesuré sous une polarisation inverse appliquée (par exemple, 5V). IL est généralement très proche de ISC pour une photodiode PIN et est le paramètre utilisé dans la plupart des circuits de détection polarisés.

Q : Puis-je utiliser cette photodiode pour détecter la lumière visible ?

R : Bien qu'elle ait une certaine sensibilité dans le spectre rouge visible (près de 700nm), son pic est à 940nm (infrarouge). Pour des performances optimales avec la lumière visible, une photodiode avec une sensibilité de crête dans la plage visible (par exemple, 550-650nm) serait plus adaptée.

Q : Comment convertir le photocourant (IL) en une tension utilisable ?

R : La méthode la plus courante est d'utiliser un amplificateur de transimpédance (TIA). La tension de sortie est Vout = -IL * Rf, où Rf est la résistance de rétroaction du TIA. Cette configuration maintient également la photodiode dans une condition de court-circuit virtuel, minimisant les effets de la capacité de jonction.

Q : Que signifient les désignations "sans plomb" et "conforme RoHS" ?

R : Cela indique que le produit est fabriqué sans utilisation de plomb (Pb) et qu'il est conforme à la directive européenne sur la restriction des substances dangereuses (RoHS), qui restreint l'utilisation de matériaux dangereux spécifiques dans les équipements électriques et électroniques.

10. Cas d'utilisation pratique

Conception d'un capteur de proximité infrarouge :Le PD333-3B/L2 peut être associé à une LED infrarouge 940nm pour créer un simple capteur de proximité ou de détection d'objet. La LED est pulsée à une fréquence spécifique. La photodiode détecte la lumière IR réfléchie. Un circuit comportant la photodiode en mode polarisé en inverse, suivi d'un TIA et d'un filtre passe-bande accordé sur la fréquence de pulsation de la LED, peut extraire efficacement le faible signal réfléchi du bruit de lumière ambiante. Le temps de réponse de 45ns permet une modulation haute fréquence, améliorant l'immunité au bruit et permettant des cycles de détection plus rapides.

11. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur avec une région intrinsèque (I) prise en sandwich entre des régions de type P et de type N. Lorsque des photons ayant une énergie supérieure à la bande interdite du semi-conducteur frappent le dispositif, ils génèrent des paires électron-trou dans la région intrinsèque. Sous polarisation inverse, le champ électrique à travers la région intrinsèque balaie ces porteurs de charge vers les bornes respectives, générant un photocourant proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque réduit la capacité de jonction (permettant une réponse plus rapide) et augmente le volume d'absorption des photons (améliorant la sensibilité), en particulier pour les longueurs d'onde plus longues comme l'infrarouge.

12. Tendances de l'industrie

La demande en photodiodes continue de croître dans des domaines comme l'automatisation industrielle, le LiDAR automobile, l'électronique grand public (par exemple, les capteurs de proximité des smartphones) et la détection biomédicale. Les tendances incluent une miniaturisation accrue vers des boîtiers à l'échelle de la puce (CSP), l'intégration avec des circuits d'amplification et de traitement du signal sur puce, et le développement de photodiodes pour des bandes de longueurs d'onde spécifiques (par exemple, pour la détection de gaz). L'accent est également mis sur l'amélioration des métriques de performance telles qu'un courant d'obscurité plus faible, une vitesse plus élevée et une fiabilité accrue dans des conditions environnementales difficiles. Le PD333-3B/L2 représente un composant mature et fiable dans ce paysage en évolution, bien adapté aux applications à grand volume et sensibles au coût nécessitant une détection infrarouge robuste.