Scheda Tecnica Fotodiodo PD204-6B - Diametro 3mm - Tensione Inversa 32V - Sensibilità di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD204-6B è un fotodiodo PIN al silicio ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono risposta rapida ed alta sensibilità alla luce nello spettro del visibile e del vicino infrarosso. Alloggiato in un package plastico nero standard da 3mm di diametro, questo dispositivo è concepito per fornire capacità affidabili di rilevamento ottico. La sua risposta spettrale è specificamente adattata per complementare diodi emettitori nel visibile e nell'infrarosso (IRED), rendendolo un componente ricevitore ideale nei sistemi optoelettronici. Il dispositivo è realizzato con materiali privi di piombo e conforme alle normative ambientali pertinenti, garantendo l'idoneità per la moderna produzione elettronica.

2. Caratteristiche Principali e Vantaggi Chiave

Il PD204-6B si distingue grazie a diverse caratteristiche di prestazione critiche che soddisfano applicazioni di sensing impegnative.

• Tempo di Risposta Rapido:Il dispositivo presenta un tipico tempo di salita/discesa di 6 nanosecondi (in condizioni di test specificate di VR=10V, RL=100Ω), consentendogli di rilevare rapidi cambiamenti nell'intensità luminosa. Ciò è cruciale per applicazioni che coinvolgono trasmissione dati, rilevamento di oggetti e misurazioni sensibili al tempo.
• Alta Sensibilità Fotoelettrica:Con una tipica corrente di cortocircuito (I_SC) di 3.0 μA sotto un'irradianza di 1 mW/cm² a 940nm, il fotodiodo fornisce un forte segnale elettrico da bassi livelli di luce, migliorando il rapporto segnale/rumore e l'affidabilità del sistema.
• Piccola Capacità di Giunzione:Una bassa capacità totale tipica (C_t) di 5 pF a VR=5V e 1MHz contribuisce al tempo di risposta rapido e consente il funzionamento in circuiti a larghezza di banda più elevata senza significativa degradazione del segnale.
• Costruzione Robusta:Il dispositivo è dotato di una lente nera, che aiuta a minimizzare le interferenze indesiderate della luce ambientale, ed è confezionato in un formato standard industriale da 3mm, durevole.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è privo di piombo e progettato per rimanere conforme alle normative RoHS e REACH dell'UE, rispondendo agli standard ambientali e di sicurezza globali.

3. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Comprendere le specifiche elettriche e ottiche è essenziale per una corretta progettazione e integrazione del circuito.

3.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. L'operazione deve essere sempre mantenuta entro questi confini.

• Tensione Inversa (V_R):32 V. Questa è la tensione massima che può essere applicata in polarizzazione inversa ai terminali del fotodiodo.
• Dissipazione di Potenza (P_C):150 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura dell'aria libera. Questo valore diminuisce con l'aumentare della temperatura ambiente, come mostrato nella curva di derating.
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è specificato per funzionare correttamente in questo ampio intervallo di temperature industriali.
• Temperatura di Stoccaggio (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C. Questo guida i parametri del processo di saldatura a rifusione.

3.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (Ta=25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali. I valori tipici rappresentano il centro della distribuzione, mentre i valori minimi e massimi definiscono i limiti garantiti.

• Risposta Spettrale:Il fotodiodo è sensibile in un intervallo di circa 840 nm a 1100 nm (ai punti di risposta relativa 0.5), con una sensibilità di picco (λ_P) a 940 nm. Ciò lo rende perfettamente adatto all'abbinamento con LED infrarossi a 940nm.
• Generazione di Fotocorrente:
  • Corrente di Cortocircuito (I_SC):Tip. 3.0 μA a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Questa è la corrente generata con tensione zero ai capi del diodo (modalità fotovoltaica).
  • Corrente Luminosa Inversa (I_L):Min. 1.0 μA, Tip. 3.0 μA a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V. Questa è la corrente quando il diodo è polarizzato inversamente, che è la modalità operativa più comune per velocità e linearità.
• Corrente di Buio (I_D):Max. 10 nA a V_R=10V, E_e=0mW/cm². Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre in assenza di luce. Una bassa corrente di buio è fondamentale per rilevare segnali luminosi deboli.
• Tensione a Circuito Aperto (V_OC):Tip. 0.42 V a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Questa è la tensione generata ai capi di un circuito aperto sotto illuminazione.
• Capacità (C_t):Tip. 5 pF a V_R=5V, f=1MHz. Questa capacità di giunzione influisce sulla costante di tempo RC e quindi sulla larghezza di banda del circuito di rilevamento.
• Velocità di Risposta (t_r/t_f):Tip. 6 ns a V_R=10V, R_L=100Ω. Definisce quanto rapidamente la corrente di uscita può seguire un cambiamento nella luce in ingresso.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni su come i parametri variano con le condizioni operative.

4.1 Dissipazione di Potenza vs. Temperatura Ambiente

La curva di derating mostra che la massima dissipazione di potenza ammissibile diminuisce linearmente all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. I progettisti devono assicurarsi che il punto di lavoro (tensione inversa * fotocorrente + corrente di buio) non superi questa curva per prevenire il sovraccarico termico.

4.2 Sensibilità Spettrale

La curva di risposta spettrale illustra la sensibilità relativa del fotodiodo in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a 940nm e la banda utile da circa 840nm a 1100nm. Il materiale della lente nera modella questa risposta, filtrando alcune lunghezze d'onda più corte.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il PD204-6B utilizza un package standard con terminali radiali, da 3mm di diametro.

5.1 Dimensioni del Package

Il disegno dimensionale fornisce misure critiche per la progettazione dell'impronta PCB e l'integrazione meccanica. Le dimensioni chiave includono il diametro complessivo (3mm), la spaziatura dei terminali, il diametro dei terminali e l'altezza del componente. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.25mm. Il catodo è tipicamente identificato da un terminale più lungo o da un punto piatto sul bordo del package.

5.2 Identificazione della Polarità

La polarità corretta è essenziale. Il dispositivo è un diodo. L'anodo è tipicamente il terminale più corto o il terminale adiacente al lato piatto del package. Applicare una polarizzazione inversa (tensione positiva al catodo, negativa all'anodo) è la condizione operativa standard per la modalità fotoconduttiva.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

• Saldatura a Rifusione:La temperatura massima di saldatura è specificata come 260°C. Sono applicabili i profili standard di rifusione a infrarossi o convezione per assemblaggi privi di piombo. Il tempo al di sopra del liquidus deve essere controllato secondo gli standard del settore per prevenire danni al package.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata. Limitare il tempo di contatto a meno di 3 secondi per terminale ad una temperatura non superiore a 350°C per evitare stress termici sul package plastico e sul die semiconduttore interno.
• Pulizia:Utilizzare agenti di pulizia compatibili con il materiale epossidico plastico nero. Evitare la pulizia ad ultrasuoni a meno che non sia verificata la sicurezza per il componente.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e inerte nell'intervallo di temperatura specificato da -40°C a +100°C. Utilizzare entro 12 mesi dalla data di spedizione per garantire la conformità alle specifiche pubblicate.

7. Informazioni su Imballo e Ordine

7.1 Specifiche di Imballo

Il prodotto è imballato in sacchetti anti-statici. La quantità di imballo standard è da 200 a 1000 pezzi per sacchetto. Quattro sacchetti sono imballati in una scatola interna, e una scatola interna è spedita in una scatola esterna.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta del sacchetto contiene informazioni essenziali di tracciabilità e prodotto, incluso il Numero di Parte (P/N), la quantità (QTY), il numero di lotto (LOT No.) e il codice data. Il prodotto non è selezionato o classificato per parametri specifici come intensità luminosa o lunghezza d'onda; è fornito secondo la tabella standard delle caratteristiche elettro-ottiche.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Il PD204-6B è comunemente utilizzato in due configurazioni di circuito principali:

1. Modalità Fotoconduttiva (Polarizzazione Inversa):Questa è la modalità preferita per un funzionamento ad alta velocità e lineare. Viene applicata una tensione di polarizzazione inversa (es. 5V a 10V, rimanendo al di sotto di V_R=32V). La fotocorrente (I_L) scorre attraverso una resistenza di carico (R_L). La caduta di tensione ai capi di R_Lè il segnale di uscita. Una R_Lpiù piccola dà una risposta più rapida ma un'uscita di tensione inferiore. Un amplificatore di transimpedenza (TIA) è spesso utilizzato per convertire la fotocorrente in una tensione con alto guadagno e larghezza di banda.
2. Modalità Fotovoltaica (Polarizzazione Zero):Il fotodiodo è collegato direttamente a un carico ad alta impedenza (come l'ingresso di un op-amp). Genera una tensione (V_OC) proporzionale all'intensità della luce. Questa modalità offre basso rumore ma ha una risposta più lenta ed è meno lineare.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Polarizzazione:Per la migliore velocità e linearità, operare in polarizzazione inversa. Assicurarsi che la tensione di polarizzazione più qualsiasi tensione di segnale non superi il massimo di 32V.
• Larghezza di Banda e Carico:La capacità totale (fotodiodo + ingresso amplificatore) e la resistenza di carico/formano il polo dominante che limita la larghezza di banda (BW ≈ 1/(2πRC)). Scegliere R_Lo la resistenza di feedback del TIA di conseguenza.
• Reiezione della Luce Ambiente:La lente nera aiuta, ma per ambienti con alta luce ambiente, considerare il filtraggio ottico (es. un filtro passa banda a 940nm) e modulare la sorgente IR con rilevamento sincrono.
• Layout PCB:Mantenere il fotodiodo vicino all'ingresso dell'amplificatore per minimizzare la capacità parassita e la captazione del rumore. Utilizzare un piano di massa per lo schermaggio. Filtrare l'alimentazione di polarizzazione con un condensatore vicino al dispositivo.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai fototransistor, il fotodiodo PIN PD204-6B offre tempi di risposta significativamente più rapidi (nanosecondi vs. microsecondi) e una migliore linearità su un'ampia gamma di intensità luminosa. Non ha guadagno interno, il che si traduce in una corrente di uscita inferiore ma anche in una minore dipendenza dalla temperatura e prestazioni più prevedibili. Rispetto ad altri fotodiodi, la sua combinazione di package da 3mm, sensibilità di picco a 940nm, tensione inversa di 32V e alta velocità lo rende una scelta versatile per il rilevamento IR generico.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra I_SCe I_L?

R: I_SC(Corrente di Cortocircuito) è misurata con zero volt ai capi del diodo. I_L(Corrente Luminosa Inversa) è misurata con una specifica tensione di polarizzazione inversa applicata. I_Lè tipicamente molto vicina a I_SCed è il parametro utilizzato per la progettazione nella comune modalità a polarizzazione inversa.

D: Come converto la fotocorrente in una tensione utilizzabile?

R: Il metodo più semplice è una resistenza di carico (V_out= I_L* R_L). Per prestazioni migliori, utilizzare un amplificatore di transimpedenza, che fornisce una massa virtuale a bassa impedenza al catodo del fotodiodo, massimizzando velocità e linearità, e dà V_out= -I_L* R_feedback.

D: Posso usarlo con una sorgente di luce visibile?

R: Sì, ma con sensibilità ridotta. La curva di risposta spettrale mostra che è sensibile fino alle lunghezze d'onda visibili, ma il suo picco è nell'infrarosso. Per prestazioni ottimali con una sorgente visibile, un fotodiodo con picco nello spettro visibile (es. 550-650nm) sarebbe più adatto.

D: Qual è lo scopo del test della tensione di breakdown inversa (V_BR)?

R: È un test di qualità e robustezza, che indica la tensione alla quale il diodo entra in breakdown a valanga. Il funzionamento normale dovrebbe essere sempre ben al di sotto di questo valore (tipicamente utilizzando V_Rdi 5V-10V).

11. Esempi Pratici di Applicazione

Esempio 1: Sensore di Prossimità per Oggetti in una Porta Automatica.Un LED IR (940nm) e il PD204-6B sono posizionati su ciascun lato di un varco. Quando il fascio è ininterrotto, viene rilevata una fotocorrente costante. Quando una persona interrompe il fascio, il calo della fotocorrente attiva il meccanismo di apertura della porta. La rapida risposta del PD204-6B garantisce un rilevamento immediato.

Esempio 2: Rilevamento della Carta in una Fotocopiatrice.Il fotodiodo può essere utilizzato per rilevare la presenza o l'assenza della carta riflettendo un fascio IR dalla superficie della carta. L'alta sensibilità gli consente di funzionare con carte a bassa riflettività, e il piccolo package si adatta a spazi ristretti.

Esempio 3: Collegamento Dati Semplice.Modulando un LED IR a una frequenza entro la larghezza di banda del fotodiodo (che può essere di diversi MHz con un corretto progetto del circuito), il PD204-6B può essere utilizzato per comunicazioni wireless a corto raggio e basso tasso di dati, come nei telecomandi o nella telemetria dei sensori.

12. Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN è un dispositivo semiconduttore con un'ampia regione intrinseca (I) leggermente drogata, racchiusa tra regioni di tipo P e tipo N. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del semiconduttore vengono assorbiti nella regione intrinseca, creano coppie elettrone-lacuna. Sotto l'influenza di un potenziale interno incorporato (in modalità fotovoltaica) o di un campo elettrico di polarizzazione inversa applicato (in modalità fotoconduttiva), questi portatori di carica vengono separati, generando una fotocorrente proporzionale all'intensità della luce incidente. L'ampia regione intrinseca riduce la capacità di giunzione (consentendo alta velocità) e aumenta il volume per l'assorbimento dei fotoni (migliorando la sensibilità).

13. Tendenze e Contesto del Settore

Fotodiodi come il PD204-6B sono componenti fondamentali nel campo in crescita dell'optoelettronica e del sensing. Le tendenze includono una crescente integrazione con amplificazione e condizionamento del segnale on-chip (es. in sensori ottici integrati), richieste di velocità più elevate per supportare LiDAR e comunicazioni ottiche, e requisiti per dimensioni del package più piccole per dispositivi elettronici di consumo e IoT. C'è anche una spinta continua per migliorare le prestazioni su intervalli di temperatura più ampi e un consumo energetico inferiore. Dispositivi con impronte standard e prestazioni ben caratterizzate, come questo, rimangono essenziali per una vasta gamma di applicazioni di sensing industriali, commerciali e automobilistiche dove l'affidabilità e il rapporto costo-efficacia sono fondamentali.

Disclaimer: Le informazioni fornite in questo documento sono per riferimento tecnico. I progettisti devono verificare tutti i parametri nelle loro specifiche condizioni applicative. I valori massimi assoluti non devono essere superati. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per applicazioni non conformi alle specifiche fornite.