Fiche technique de la photodiode PD333-3B/L1 5mm - Diamètre 5mm - Tension inverse 32V - Lentille noire - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD333-3B/L1 est une photodiode PIN au silicium haute vitesse et haute sensibilité, encapsulée dans un boîtier plastique rond standard de 5 mm de diamètre. Sa fonction principale est de convertir la lumière incidente, en particulier dans le spectre infrarouge, en un courant électrique. Le dispositif est doté d'une lentille en époxy noire, qui améliore sa sensibilité au rayonnement infrarouge tout en minimisant la réponse à la lumière visible. Cela le rend particulièrement adapté aux applications nécessitant une détection dans le proche infrarouge. Les avantages clés de ce composant incluent son temps de réponse rapide, sa haute photosensibilité et sa faible capacité de jonction, qui sont critiques pour la détection de signaux à haute vitesse. Il est conçu comme un composant sans plomb (Pb-free) et est conforme aux réglementations environnementales pertinentes telles que RoHS et REACH de l'UE.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans les limites spécifiées. Le dépassement de ces valeurs peut entraîner des dommages permanents.

• Tension inverse (V_R) :32 V - La tension de polarisation inverse maximale pouvant être appliquée aux bornes de la photodiode.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C - La plage de température ambiante pour un fonctionnement normal.
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C - La plage de température pour un stockage hors fonctionnement.
• Température de soudure (T_sol) :260°C - La température de pic que le dispositif peut supporter pendant les processus de soudure.
• Dissipation de puissance (P_c) :150 mW - La puissance maximale que le dispositif peut dissiper à une température ambiante de 25°C ou moins.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent la performance de la photodiode dans des conditions de test standard (Ta=25°C).

• Bande spectrale (λ_0.5) :840 nm à 1100 nm - La plage de longueurs d'onde où la sensibilité est au moins la moitié de sa valeur de crête.
• Longueur d'onde de sensibilité maximale (λ_P) :940 nm (Typique) - La longueur d'onde de la lumière à laquelle la photodiode est la plus sensible.
• Tension en circuit ouvert (V_OC) :0,44 V (Typique) - La tension générée aux bornes ouvertes sous éclairement (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• Courant de court-circuit (I_SC) :10 µA (Typique) - Le courant circulant lorsque les bornes sont court-circuitées sous éclairement (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• Courant photoélectrique inverse (I_L) :Min. 15 µA - Le photocourant généré sous polarisation inverse (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). C'est un paramètre clé pour la détection de signal.
• Courant d'obscurité inverse (I_D) :Max. 30 nA - Le faible courant de fuite qui circule sous polarisation inverse dans l'obscurité totale (V_R=10V). Une valeur plus basse est souhaitable pour un meilleur rapport signal/bruit.
• Tension de claquage inverse (V_BR) :Min. 32 V, Typ. 170 V - La tension inverse à laquelle la jonction se claque et le courant augmente brusquement.
• Capacité totale (C_t) :6,0 pF (Typique) - La capacité de jonction sous polarisation inverse (V_R=5V, f=1MHz). Une faible capacité est cruciale pour un fonctionnement à haute vitesse.
• Temps de montée/descente (t_r/t_f) :10 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 (V_R=10V, R_L=100Ω). Cela définit la vitesse de commutation maximale.

3. Explication du système de classement (Binning)

Le PD333-3B/L1 est trié dans différents "bins" en fonction de ses performances en Courant photoélectrique inverse (I_L) dans des conditions de test spécifiques (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants aux performances cohérentes pour leur application.

La fiche technique note également des tolérances standard : Intensité lumineuse ±10%, Longueur d'onde dominante ±1nm, et Tension directe ±0,1V, bien que ces deux derniers soient plus pertinents pour les LED que pour cette photodiode.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du dispositif dans différentes conditions. Elles sont essentielles pour la conception de circuit et la prédiction des performances.

4.1 Sensibilité spectrale

La courbe de réponse spectrale montre la sensibilité relative du dispositif à différentes longueurs d'onde. Elle culmine à 940 nm (infrarouge) et présente une réponse significative d'environ 840 nm à 1100 nm. Cela confirme son adéquation pour les systèmes basés sur l'IR comme les télécommandes et les capteurs de proximité.

4.2 Dépendance à la température

Des courbes sont fournies montrant la relation entre le Courant d'obscurité inverse et la Température ambiante, ainsi que la Dissipation de puissance en fonction de la Température ambiante. Le courant d'obscurité augmente généralement avec la température, ce qui peut affecter le bruit de fond dans les applications sensibles. La courbe de déclassement en puissance montre comment la dissipation de puissance maximale autorisée diminue lorsque la température ambiante dépasse 25°C.

4.3 Caractéristiques électriques

Les graphiques clés incluent :

• Courant photoélectrique inverse vs. Éclairement (E_e) :Montre la relation linéaire entre le photocourant généré et la densité de puissance lumineuse incidente, une propriété fondamentale des photodiodes.
• Capacité des bornes vs. Tension inverse :Démontre comment la capacité de jonction diminue avec l'augmentation de la tension de polarisation inverse. Fonctionner à une tension inverse plus élevée (dans les limites) peut améliorer la vitesse en réduisant la capacité.
• Temps de réponse vs. Résistance de charge :Illustre comment le temps de montée/descente est affecté par la résistance de charge (R_L) dans le circuit. Un R_L plus petit conduit généralement à une réponse plus rapide mais à une excursion de tension de sortie plus faible.

5. Informations mécaniques et de boîtier

Le dispositif utilise un boîtier plastique rond standard de 5 mm de diamètre. Le dessin de dimension du boîtier fournit les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB et l'intégration mécanique. Les dimensions clés incluent le diamètre total (5mm), l'espacement des broches et la hauteur du composant. Le dessin spécifie une tolérance générale de ±0,25mm sauf indication contraire. Le boîtier comporte deux broches axiales pour la connexion électrique. Le corps en époxy noir agit comme lentille et filtre IR. L'identification correcte de la polarité doit être basée sur le diagramme des bornes de la fiche technique ; typiquement, la cathode est indiquée par une broche plus longue, un méplat sur le boîtier ou un marquage spécifique.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le composant est spécifié pour une température de soudure maximale de 260°C. Les profils de soudure par refusion ou à la vague standard pour les procédés sans plomb peuvent être utilisés, en veillant à contrôler la température de pic et le temps au-dessus du liquidus pour éviter les dommages thermiques. La soudure manuelle doit être effectuée rapidement avec un fer à souder à température contrôlée. Il est recommandé de stocker les composants dans un environnement sec pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui pourrait causer des problèmes pendant la soudure (effet "popcorn").

7. Informations d'emballage et de commande

La spécification d'emballage standard est de 500 pièces par sachet, 5 sachets par boîte et 10 boîtes par carton, soit un total de 25 000 pièces 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 les classes de performance pertinentes (CAT pour l'intensité, etc.), ainsi que le Numéro de lot et le codage de date pour la traçabilité.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Détection photoélectrique haute vitesse :Adapté à la transmission de données sur fibre optique, aux lecteurs de codes-barres et aux codeurs optiques grâce à son temps de réponse de 10ns.
• Systèmes de sécurité :Peut être utilisé dans les faisceaux de détection d'intrusion, les détecteurs de fumée, ou comme récepteur pour la communication de sécurité basée sur l'IR.
• Applications caméra :Utile pour la mesure de lumière, les systèmes d'assistance à la mise au point automatique, ou comme moniteur de filtre coupant l'IR.
• Détection industrielle :Détection d'objets, comptage et détection de position dans les équipements automatisés.

8.2 Considérations de conception

• Circuit de polarisation :La photodiode peut être utilisée en mode photovoltaïque (polarisation nulle) pour les applications à faible bruit ou en mode photoconducteur (polarisation inverse) pour une vitesse et une linéarité supérieures. La tension inverse maximale de 32V permet un large choix de polarisation.
• Amplification :Le courant de sortie est faible (microampères), donc un amplificateur de transimpédance (TIA) est presque toujours nécessaire pour convertir le courant en un signal de tension utilisable.
• Bruit :Pour les applications sensibles, considérez le courant d'obscurité et sa dépendance à la température. Un blindage et une disposition soignée du PCB sont nécessaires pour minimiser la captation de bruit électrique.
• Filtrage optique :L'époxy noir fournit un certain filtrage, mais pour une sélection de longueur d'onde spécifique, un filtre optique passe-bande supplémentaire peut être nécessaire.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux photodiodes génériques, le PD333-3B/L1 offre une combinaison équilibrée de vitesse (10ns), de sensibilité (min 15µA dans les conditions spécifiées) et d'une robuste tension inverse nominale de 32V dans un boîtier 5mm courant. Sa construction en silicium et sa structure PIN offrent un bon compromis entre coût, vitesse et sensibilité pour les applications proche-IR. Les alternatives pourraient inclure des photodiodes avec des boîtiers plus petits pour les conceptions à espace limité, celles avec des réponses spectrales différentes (ex. lumière visible), ou des photodiodes à avalanche (APD) pour les applications nécessitant un gain interne, bien que les APD soient plus complexes et coûteuses.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre le mode photovoltaïque et photoconducteur ?

R : En mode photovoltaïque (polarisation nulle), la photodiode génère sa propre tension/courant, offrant un très faible courant d'obscurité et un bruit minimal. En mode photoconducteur (polarisation inverse), une tension externe est appliquée, ce qui réduit la capacité de jonction (augmentant la vitesse) et améliore la linéarité, au prix d'un courant d'obscurité légèrement plus élevé.

Q : Comment choisir le bon bin ?

R : Sélectionnez un bin en fonction du courant de signal minimum requis pour votre application. Utiliser un bin plus élevé garantit un signal plus fort mais peut avoir des implications sur le coût. Pour une cohérence en production, spécifiez un seul bin.

Q : Cette photodiode peut-elle être utilisée pour la détection de lumière visible ?

R : Bien qu'elle ait une certaine réponse dans le spectre rouge visible, son pic est à 940nm (IR), et l'époxy noir atténue la lumière visible. Pour une détection primaire de lumière visible, une photodiode avec une lentille transparente ou spécifique à une couleur et une longueur d'onde de crête dans le domaine visible serait plus appropriée.

Q : Quelle valeur de résistance de charge (R_L) dois-je utiliser ?

R : Cela dépend de la vitesse et du niveau de signal requis. Un R_L plus petit (ex. 50Ω) donne une réponse plus rapide mais une tension de sortie plus faible (Vout = I_ph* R_L). Un R_L plus grand donne une tension plus élevée mais une réponse plus lente en raison de la constante de temps RC formée avec la capacité de la diode. Reportez-vous à la courbe "Temps de réponse vs. Résistance de charge".

11. Cas pratique de conception

Cas : Capteur de détection d'objet simple

Une utilisation courante est un capteur à faisceau coupé. Une LED IR émettant à 940nm est placée en face de la photodiode PD333-3B/L1. La photodiode est utilisée en mode photoconducteur avec une polarisation inverse de 5V via une résistance de charge (ex. 10kΩ). Dans des conditions normales, la lumière IR frappe la diode, générant un photocourant et créant une chute de tension aux bornes de la résistance. Lorsqu'un objet coupe le faisceau, le photocourant chute significativement, provoquant un grand changement de tension aux bornes de la résistance. Ce signal de tension peut être envoyé à un comparateur pour générer une interruption numérique pour un microcontrôleur. Le temps de réponse de 10ns est bien plus rapide que nécessaire pour cette application, mais la haute sensibilité assure un fonctionnement fiable même avec des sources IR plus faibles ou sur de plus longues distances.

12. 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 dont l'énergie est supérieure à la bande interdite du semi-conducteur frappent le dispositif, ils créent des paires électron-trou dans la région intrinsèque. Sous l'influence d'un potentiel interne intégré (mode photovoltaïque) ou d'une polarisation inverse appliquée (mode photoconducteur), ces porteurs de charge sont séparés, créant un photocourant mesurable proportionnel à l'intensité lumineuse incidente. La large région intrinsèque dans une structure PIN réduit la capacité de jonction par rapport à une photodiode PN standard, permettant un fonctionnement à plus haute vitesse.

13. Tendances de l'industrie

La demande en photodiodes continue de croître dans des domaines comme l'électronique grand public (capteurs de smartphone, wearables), l'automobile (LiDAR, surveillance du conducteur), l'automatisation industrielle et la communication (centres de données). Les tendances incluent une miniaturisation accrue vers des boîtiers à l'échelle de la puce, l'intégration avec des circuits d'amplification et de traitement du signal sur puce, le développement de photodiodes pour de nouvelles plages de longueurs d'onde (ex. infrarouge à ondes courtes), et l'amélioration des paramètres de performance comme un bruit plus faible et une vitesse plus élevée pour répondre aux exigences des technologies émergentes.