Fiche technique Photodiode PD333-3C/H0/L2 5mm - Diamètre 5mm - Tension inverse 32V - Sensibilité pic 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le PD333-3C/H0/L2 est une photodiode PIN au silicium haute vitesse et haute sensibilité, logée dans un boîtier plastique standard de 5 mm de diamètre. Ce composant est conçu pour les applications nécessitant une détection optique rapide, tirant parti de sa faible capacité de jonction et de son temps de réponse rapide. L'utilisation d'époxy transparent comme matériau de lentille le rend sensible à un large spectre, incluant le rayonnement visible et infrarouge, avec une sensibilité pic spécifiquement dans la région du proche infrarouge. Ses objectifs de conception principaux sont de fournir des performances fiables dans des solutions de détection compactes et économiques.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique.

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le composant est spécifié pour une tension inverse maximale (VR) de 32 V, ce qui définit la limite supérieure de la tension de polarisation pouvant être appliquée sans risquer d'endommagement permanent. La plage de température de fonctionnement (Topr) est de -25°C à +85°C, adaptée à la plupart des environnements commerciaux et industriels. Le stockage peut s'effectuer dans une plage plus large de -40°C à +100°C. La température de soudure (Tsol) est spécifiée à 260°C, ce qui correspond à une température pic standard pour les procédés de refusion sans plomb. La dissipation de puissance (Pc) est de 150 mW à une température ambiante de 25°C ou inférieure, un paramètre crucial pour la gestion thermique dans le circuit d'application.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

La réponse spectrale est large, couvrant une bande passante (λ0.5) de 400 nm à 1100 nm, avec une longueur d'onde de sensibilité pic typique (λP) à 940 nm. Cela le rend idéal pour les applications de détection infrarouge, telles que celles utilisant des LED IR à 850 nm ou 940 nm. Les principaux paramètres de sensibilité incluent une tension en circuit ouvert typique (VOC) de 0,39 V et un courant de court-circuit (ISC) de 40 μA, tous deux mesurés sous une irradiance (Ee) de 1 mW/cm² à 940 nm. Sous une polarisation inverse de 5 V, le courant photoélectrique inverse typique (IL) est de 40 μA dans les mêmes conditions d'irradiance. Le courant d'obscurité inverse (ID), un paramètre critique pour les performances en faible lumière, est typiquement de 5 nA à VR=10 V, avec un maximum de 30 nA. La capacité de jonction totale (Ct) est typiquement de 18 pF à VR=5 V et 1 MHz, ce qui influence directement la vitesse du composant. Les temps de montée et de descente (tr/tf) sont typiquement de 45 ns chacun lorsqu'ils sont mesurés avec VR=10 V et une résistance de charge (RL) de 100 Ω, confirmant sa capacité haute vitesse. L'angle de vision (2θ1/2) est de 80 degrés.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes de performance typiques qui illustrent comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Ces courbes sont essentielles pour les ingénieurs de conception afin de prédire les performances réelles.

3.1 Sensibilité spectrale

La courbe de sensibilité spectrale montre la réponse relative de la photodiode sur les longueurs d'onde d'environ 400 nm à 1100 nm. La courbe atteint un pic net autour de 940 nm, confirmant son optimisation pour la lumière proche infrarouge. La sensibilité chute significativement dans le spectre visible profond et au-delà de 1100 nm.

3.2 Dépendance à la température

Deux courbes mettent en évidence les effets de la température : la Dissipation de puissance en fonction de la température ambiante et le Courant d'obscurité inverse en fonction de la température ambiante. La courbe de déclassement de la dissipation de puissance montre comment la puissance maximale admissible diminue lorsque la température ambiante augmente au-dessus de 25°C. La courbe du courant d'obscurité démontre que ID augmente de manière exponentielle avec la température, une caractéristique commune des jonctions semi-conductrices. Ceci est critique pour les applications fonctionnant à des températures élevées, car l'augmentation du courant d'obscurité élève le bruit de fond.

3.3 Linéarité et réponse dynamique

La courbe du Courant photoélectrique inverse en fonction de Ee illustre la linéarité de la photodiode. Sur une plage spécifiée d'irradiance, le photocourant (IL) doit augmenter linéairement avec la puissance optique incidente. La courbe du Temps de réponse en fonction de la Résistance de charge montre comment le temps de montée/descente (tr/tf) augmente avec une résistance de charge (RL) plus élevée. Pour les applications haute vitesse, une résistance de charge de faible valeur (comme les 100 Ω utilisés dans les spécifications) est nécessaire, bien qu'elle produise une excursion de tension de sortie plus faible.

3.4 Capacité en fonction de la tension

La courbe de la Capacité terminale en fonction de la Tension inverse montre que la capacité de jonction (Ct) diminue lorsque la tension de polarisation inverse augmente. Ceci est dû à l'élargissement de la région de déplétion. L'application d'une polarisation inverse plus élevée (dans les limites) peut ainsi améliorer la vitesse en réduisant la capacité, au prix d'un courant d'obscurité potentiellement plus élevé.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise un boîtier radial standard de 5 mm (T-1 3/4) à broches. Le dessin de dimension détaillé spécifie le diamètre, l'espacement des broches, la longueur des broches et la forme de la lentille. Une note clé spécifie que les tolérances dimensionnelles sont de ±0,25 mm sauf indication contraire. L'anode et la cathode sont identifiées, la broche la plus longue étant typiquement l'anode (côté positif en mode photovoltaïque).

4.2 Identification de la polarité

La polarité est indiquée par la longueur des broches. La broche la plus longue est l'anode (côté P), et la broche la plus courte est la cathode (côté N). Lorsqu'il est utilisé en mode photoconducteur (polarisé en inverse), la cathode doit être connectée à la tension d'alimentation positive.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La caractéristique maximale absolue pour la température de soudure est de 260°C. Ceci correspond aux profils de refusion sans plomb courants. Pendant la soudure manuelle, il convient de minimiser le temps d'exposition à la chaleur pour éviter d'endommager le boîtier plastique et la lentille en époxy. Le composant doit être stocké dans des conditions respectant la plage de température de stockage spécifiée (-40°C à +100°C) et dans un environnement sec pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui pourrait affecter la fiabilité pendant la refusion.

6. Informations de conditionnement et de commande

6.1 Spécifications d'emballage

La méthode d'emballage standard est : 200-500 pièces par sachet, 5 sachets par carton intérieur, et 10 cartons intérieurs par carton maître (extérieur).

6.2 Spécifications d'étiquetage

L'étiquette sur l'emballage contient plusieurs champs : CPN (Numéro de produit client), P/N (Numéro de produit), QTY (Quantité emballée), LOT No. (Numéro de lot pour la traçabilité) et codes de date. Ceci facilite la gestion des stocks et la traçabilité.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

La fiche technique liste : Détection photo haute vitesse, Systèmes de sécurité et Caméras. Plus spécifiquement, cette photodiode est bien adaptée pour :

• Récepteurs de télécommande infrarouge :Couplée avec une LED IR 940nm et un circuit intégré de démodulation.
• Codeurs optiques :Pour la détection de vitesse et de position dans les imprimantes, moteurs ou équipements industriels.
• Détection de lumière ambiante (ALS) :Pour le contrôle du rétroéclairage d'affichage dans les appareils, bien que sa sensibilité IR puisse nécessiter un filtrage pour une mesure précise de la lumière visible.
• Détection simple d'objet :En conjonction avec une source lumineuse IR pour la détection de proximité ou les capteurs à barrière optique.
• Oxymétrie de pouls (dans les dispositifs médicaux, avec les qualifications appropriées) :Détection de lumière rouge et IR, bien qu'une certification médicale soit requise.

7.2 Considérations de conception

Configuration de polarisation :Pour une réponse haute vitesse ou linéaire, utilisez la photodiode en mode photoconducteur (polarisé en inverse). Un circuit d'amplificateur de transimpédance (TIA) est couramment utilisé pour convertir le photocourant en tension. La résistance de contre-réaction et le condensateur dans le TIA doivent être choisis en fonction de la bande passante souhaitée et de la capacité de la photodiode (18 pF typique).

Minimisation du bruit :Gardez les broches de la photodiode courtes et utilisez une disposition protégée pour minimiser la capacité parasite et la captation des interférences électromagnétiques. Pour les applications en faible lumière, envisagez de refroidir le composant pour réduire le bruit du courant d'obscurité.

Considérations optiques :La lentille transparente laisse passer la lumière visible et IR. Si seule la détection IR est souhaitée, un filtre passe-IR peut être ajouté pour bloquer la lumière visible et réduire le bruit des sources visibles ambiantes. L'angle de vision de 80 degrés offre un large champ de vision ; des ouvertures optiques ou des lentilles peuvent être utilisées pour le réduire si nécessaire.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparée à une photodiode PN standard, une photodiode PIN comme le PD333-3C/H0/L2 possède une région intrinsèque (I) entre les couches P et N. Cette région intrinsèque crée une zone de déplétion plus large, ce qui confère deux avantages clés :1) Capacité de jonction plus faible :La capacité de 18 pF est relativement faible pour un composant de 5 mm, permettant des temps de réponse plus rapides.2) Linéarité améliorée :La région de déplétion plus large permet une collecte plus efficace des porteurs de charge sur une plage plus large de tensions de polarisation et d'intensités lumineuses. Comparées aux phototransistors, les photodiodes sont généralement plus rapides et ont une sortie plus linéaire mais produisent un signal de courant beaucoup plus faible, nécessitant une amplification plus sophistiquée.

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

9.1 Quelle est la différence entre le courant de court-circuit (ISC) et le courant photoélectrique inverse (IL) ?

ISC est mesuré avec une polarisation nulle aux bornes de la diode (mode photovoltaïque), tandis que IL est mesuré sous une polarisation inverse spécifiée (mode photoconducteur). IL est typiquement très proche, mais pas exactement identique, à ISC. La fiche technique indique les deux à 40 μA typique dans les mêmes conditions de test.

9.2 Pourquoi le courant d'obscurité est-il important ?

Le courant d'obscurité est le faible courant qui circule même en l'absence de lumière. Il définit le bruit de fond du capteur. Dans les applications en faible lumière, un faible courant d'obscurité (5 nA typique ici) est essentiel pour obtenir un bon rapport signal sur bruit.

9.3 Comment choisir la résistance de charge (RL) pour mon application ?

Le choix implique un compromis entre la vitesse et l'amplitude de sortie. Une petite RL (par ex. 50 Ω) donne une réponse rapide (voir la courbe tr/tf vs. RL) mais une petite tension de sortie (Vout = IL * RL). Une grande RL donne une tension plus élevée mais une réponse plus lente en raison de la constante de temps RC formée par la capacité de la photodiode et RL. Pour la détection d'impulsions numériques, la vitesse est souvent prioritaire.

9.4 Puis-je l'utiliser avec une source de lumière visible comme une LED rouge ?

Oui, la courbe de réponse spectrale montre une sensibilité significative jusqu'à 400 nm. Cependant, sa réponse à 650 nm (rouge) sera inférieure à celle de son pic à 940 nm. Vous obtiendrez un signal plus faible par rapport à l'utilisation d'une source IR de même puissance optique.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un récepteur de liaison de données infrarouge.Un concepteur doit recevoir des données modulées d'une LED IR 940 nm à 38 kHz (une fréquence courante de télécommande). Il sélectionne le PD333-3C/H0/L2 pour sa haute sensibilité à 940 nm et sa réponse rapide (un temps de montée de 45 ns est largement suffisant pour 38 kHz). La photodiode est polarisée en inverse à 5 V. La sortie est connectée à un circuit intégré récepteur IR dédié (qui inclut un TIA, un filtre passe-bande accordé à 38 kHz et un démodulateur). Le concepteur place la photodiode près de la broche d'entrée du CI, utilise des pistes courtes et ajoute un petit condensateur de découplage près de l'alimentation de polarisation pour minimiser le bruit. Une fenêtre transparente aux IR est placée devant la photodiode pour bloquer la lumière visible et réduire les interférences des lampes fluorescentes, qui peuvent clignoter à 100/120 Hz.

11. Principe de fonctionnement

Une photodiode PIN est un dispositif semi-conducteur qui convertit la lumière en courant électrique. Lorsque des photons dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du semi-conducteur frappent le dispositif, ils génèrent des paires électron-trou dans la région intrinsèque. Sous l'influence du champ électrique interne (en mode photovoltaïque) ou d'une polarisation inverse appliquée (en mode photoconducteur), ces porteurs de charge sont séparés, créant un photocourant mesurable proportionnel à la puissance optique incidente. La couche "I" (intrinsèque) est clé : elle est faiblement dopée, créant une large région de déplétion qui réduit la capacité pour une vitesse plus élevée et améliore l'efficacité quantique en fournissant un volume plus important pour l'absorption des photons.

12. Tendances technologiques

La tendance générale dans la technologie des photodiodes va vers une intégration plus élevée, un bruit plus faible et une spécificité d'application accrue. Cela inclut le développement de photodiodes avec amplification intégrée (combinaisons photodiode-amplificateur intégrées), des matrices pour l'imagerie ou la détection multicanal, et des dispositifs avec des réponses spectrales adaptées ou des filtres optiques intégrés. Il y a également des recherches en cours sur des matériaux au-delà du silicium (comme l'InGaAs) pour la détection dans des gammes infrarouges étendues. Pour les composants commerciaux standards comme la photodiode PIN 5 mm, l'accent reste sur la réduction des coûts, l'amélioration de la fiabilité et l'obtention de distributions de paramètres plus serrées tout en maintenant des métriques de performance clés comme la vitesse et la sensibilité.