Scheda Tecnica Fototransistor PD204-6B/L3 - Package 3mm - Sensibilità di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD204-6B/L3 è un fotodiodo PIN al silicio ad alta velocità e sensibilità, racchiuso in un package plastico radiale standard da 3mm. Questo dispositivo è spettralmente abbinato a diodi emettitori nel visibile e nell'infrarosso, con la sua sensibilità di picco ottimizzata per la lunghezza d'onda di 940nm, rendendolo adatto a una varietà di applicazioni di sensing che richiedono risposta rapida e prestazioni affidabili.

I vantaggi chiave di questo componente includono il suo tempo di risposta veloce, l'alta fotosensibilità e la bassa capacità di giunzione, che contribuiscono a un'efficiente rilevazione del segnale. Il prodotto è conforme alle normative RoHS e REACH dell'UE ed è fabbricato come dispositivo senza piombo (Pb-free).

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per operare in modo affidabile entro limiti ambientali ed elettrici specificati. Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (VR):32 V - La massima tensione che può essere applicata in polarizzazione inversa ai terminali del fotodiodo.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-25°C a +85°C - L'intervallo di temperatura ambiente per il normale funzionamento del dispositivo.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +100°C - L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio sicuro quando il dispositivo non è alimentato.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):260°C per una durata massima di 5 secondi, secondo i profili standard di saldatura a rifusione.
• Dissipazione di Potenza (Pc):150 mW a o al di sotto di una temperatura dell'aria libera di 25°C.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni fondamentali del fototransistor in condizioni di test standard (Ta=25°C).

• Banda Spettrale (λ0.5):760 nm a 1100 nm. Definisce l'intervallo di lunghezze d'onda in cui il dispositivo mantiene almeno la metà della sua sensibilità di picco.
• Lunghezza d'Onda di Sensibilità di Picco (λP):940 nm (Tipico). Il dispositivo è più sensibile alla luce a questa lunghezza d'onda infrarossa.
• Tensione a Circuito Aperto (VOC):0,42 V (Tipico) sotto un'irradianza (Ee) di 1 mW/cm² a 940nm.
• Corrente di Cortocircuito (ISC):4,3 μA (Tipico) nelle stesse condizioni di test (Ee=1mW/cm², λp=940nm).
• Corrente di Luce Inversa (IL):3,9 μA (Min), 6 μA (Tip) a VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm. Questa è la fotocorrente generata quando il diodo è polarizzato inversamente e illuminato.
• Corrente di Buio Inversa (ID):10 nA (Max) a VR=10V in completa oscurità (Ee=0mW/cm²). Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre anche in assenza di luce.
• Tensione di Rottura Inversa (VBR):32 V (Min) misurata a una corrente inversa (IR) di 100μA al buio.
• Capacità Totale (Ct):10 pF (Tip) a VR=5V e una frequenza di 1MHz. Una capacità inferiore consente velocità di commutazione più elevate.
• Tempo di Salita/Discesa (tr/tf):10 ns / 10 ns (Tip) con VR=10V e una resistenza di carico (RL) di 100Ω, indicando una risposta molto rapida adatta al rilevamento di luce pulsata.
• Angolo di Vista (2θ1/2):45° (Tip). Definisce il campo visivo angolare entro il quale il dispositivo mantiene la sensibilità.

Le tolleranze sono specificate come ±10% per l'intensità luminosa, ±1nm per la lunghezza d'onda dominante e ±0,1V per la tensione diretta nelle applicazioni correlate.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste sono essenziali per i progettisti per prevedere le prestazioni in scenari reali.

3.1 Dissipazione di Potenza vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la massima dissipazione di potenza ammissibile che diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. I progettisti devono ridurre la capacità di gestione della potenza di conseguenza per garantire l'affidabilità a lungo termine.

3.2 Sensibilità Spettrale

La curva di risposta spettrale conferma la sensibilità di picco del dispositivo a 940nm e il suo intervallo utile da circa 760nm a 1100nm. Evidenzia l'idoneità del dispositivo per applicazioni che utilizzano comuni LED a infrarossi.

3.3 Corrente di Buio Inversa vs. Temperatura Ambiente

La corrente di buio aumenta esponenzialmente con la temperatura. Questa curva è fondamentale per applicazioni che operano a temperature elevate, poiché una corrente di buio più alta contribuisce al rumore e può influenzare il rapporto segnale/rumore in condizioni di scarsa illuminazione.

3.4 Corrente di Luce Inversa vs. Irradianza (Ee)

Questo grafico dimostra la relazione lineare tra la fotocorrente generata (IL) e l'intensità della luce incidente (irradianza) in un intervallo specificato. Conferma la risposta fotometrica prevedibile e lineare del dispositivo.

3.5 Capacità Terminale vs. Tensione Inversa

La capacità di giunzione (Ct) diminuisce con l'aumentare della tensione di polarizzazione inversa. Una capacità inferiore è desiderabile per applicazioni ad alta velocità e questa curva aiuta a selezionare un punto di bias operativo ottimale.

3.6 Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico

Questa curva mostra come i tempi di salita e discesa (tr/tf) siano influenzati dal valore della resistenza di carico esterna (RL). Si ottiene una risposta più rapida con resistenze di carico più piccole, ma questo comporta un compromesso con l'ampiezza del segnale.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package radiale standard da 3mm con terminali. Il disegno dimensionale specifica il diametro del corpo, la distanza tra i terminali e le dimensioni dei terminali. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0,25mm. Il colore della lente è nero.

4.2 Identificazione della Polarità

Il catodo (terminale negativo) è tipicamente indicato da un punto piatto sul corpo del package o da un terminale più lungo. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio del circuito per un corretto funzionamento in polarizzazione inversa.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il componente è adatto per i processi standard di assemblaggio PCB.

• Saldatura a Rifusione:La temperatura massima di saldatura è di 260°C e il tempo a o sopra questa temperatura non deve superare i 5 secondi per prevenire danni termici al package plastico e al die del semiconduttore.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata con un tempo di contatto minimo (tipicamente inferiore a 3 secondi per terminale).
• Pulizia:Utilizzare agenti di pulizia compatibili con il materiale del package plastico.
• Magazzinaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura di magazzinaggio specificato di -40°C a +100°C.

6. Informazioni su Imballo e Ordini

6.1 Specifica della Quantità per Imballo

L'imballo standard è il seguente: 200-1000 pezzi per busta, 4 buste per scatola e 10 scatole per cartone. Ciò offre flessibilità sia per la prototipazione che per la produzione in volume.

6.2 Specifica del Modulo Etichetta

L'etichetta del prodotto contiene informazioni chiave per la tracciabilità e l'identificazione:

• CPN:Numero di Prodotto del Cliente
• P/N:Numero di Prodotto (es. PD204-6B/L3)
• QTY:Quantità per Imballo
• CAT, HUE, REF:Classi per Intensità Luminosa, Lunghezza d'Onda Dominante e Tensione Diretta (se classificati).
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per la tracciabilità.
• X:Mese di produzione.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Il PD204-6B/L3 è ben adatto a varie applicazioni di sensori optoelettronici, tra cui:

• Sensori per Porte Automatiche:Rilevamento dell'interruzione di un fascio infrarosso per attivare i meccanismi di apertura/chiusura delle porte.
• Fotocopiatrici e Stampanti:Utilizzato per il rilevamento della carta, il sensing dei bordi o il monitoraggio del livello del toner.
• Macchine da Gioco/Sistemi Arcade:Per il rilevamento di oggetti, controlli interattivi o sensing di posizione.
• Sensing Infrarosso Generico:Ricevitori per telecomandi, sensori di prossimità e automazione industriale dove è richiesto un rilevamento rapido e affidabile della luce IR a 940nm.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Bias:Far funzionare il fotodiodo in polarizzazione inversa (modalità fotoconduttiva) per velocità e linearità ottimali. Una tensione inversa da 5V a 10V è tipica, come mostrato nelle specifiche.
• Resistenza di Carico (RL):Scegliere RL in base al compromesso richiesto tra velocità di risposta (larghezza di banda) e escursione della tensione di uscita. Un circuito con amplificatore di transimpedenza (TIA) è consigliato per convertire la piccola fotocorrente in una tensione utilizzabile mantenendo alta velocità e basso rumore.
• Considerazioni Ottiche:Assicurare un corretto allineamento con la sorgente luminosa (tipicamente un LED IR a 940nm). L'angolo di vista di 45° deve essere considerato per il campo visivo. L'uso di un filtro ottico può aiutare a bloccare la luce ambientale indesiderata, in particolare la luce visibile.
• Riduzione del Rumore:Per applicazioni sensibili, schermare il dispositivo e il suo circuito dal rumore elettrico. Mantenere le tracce corte, utilizzare condensatori di bypass e considerare l'impatto della corrente di buio alle alte temperature operative.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai fotodiodi standard o ai fototransistor con tempi di risposta più lenti, il PD204-6B/L3 offre vantaggi distinti:

• Alta Velocità:Con tempi di salita/discesa di 10ns, è significativamente più veloce di molti fototransistor generici, consentendo il rilevamento di segnali modulati rapidamente.
• Struttura PIN:La costruzione del fotodiodo PIN fornisce una regione di svuotamento più ampia rispetto a un fotodiodo PN standard, risultando in una capacità di giunzione inferiore (10pF) e una velocità maggiore.
• Spettro Ottimizzato:La sensibilità di picco a 940nm è perfettamente abbinata all'output dei comuni LED a infrarossi a basso costo, massimizzando l'efficienza del sistema.
• Package Standard:Il package radiale da 3mm è un fattore di forma comune nel settore, rendendolo facile da integrare in progetti esistenti e compatibile con le impronte PCB standard.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Qual è la differenza tra il funzionamento in modalità fotovoltaica (bias zero) e fotoconduttiva (bias inverso)?

In modalità fotovoltaica (V_R=0V), il fotodiodo genera una tensione (V_OC). Questa modalità ha corrente di buio zero ma risposta più lenta e minore linearità. Le specifiche del PD204-6B/L3 indicano VOC=0,42V. In modalità fotoconduttiva (con bias inverso, es. V_R=5V), viene applicata una tensione esterna. Ciò riduce la capacità di giunzione (consentendo una risposta più rapida, come si vede nei 10ns tr/tf), migliora la linearità e consente una regione attiva più ampia, ma introduce la corrente di buio (I_D). Per applicazioni ad alta velocità come quelle previste per questo dispositivo, è consigliata la modalità fotoconduttiva.

9.2 Come posso convertire la fotocorrente (I_L) in una tensione misurabile?

Il metodo più semplice è utilizzare una resistenza di carico (R_L) in serie. La tensione di uscita è V_out = I_L * R_L. Tuttavia, all'aumentare di R_L, la costante di tempo RC (con la capacità del diodo) aumenta, rallentando la risposta (come mostrato nella curva Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico). Per prestazioni ottimali, specialmente con correnti piccole e necessità di velocità, un amplificatore di transimpedenza (TIA) è il circuito preferito. Fornisce una tensione di uscita stabile e a bassa impedenza (V_out = -I_L * R_f) mantenendo il fotodiodo a massa virtuale, minimizzando gli effetti della capacità.

9.3 Perché la corrente di buio è importante e come la temperatura la influenza?

La corrente di buio (I_D) è la corrente di rumore che scorre in assenza di luce. Stabilisce il limite inferiore della luce rilevabile. La scheda tecnica specifica un massimo di 10nA a 25°C. Questa corrente raddoppia approssimativamente ogni aumento di 10°C della temperatura. Pertanto, in ambienti ad alta temperatura o per il rilevamento di luce molto bassa, la corrente di buio può diventare una fonte significativa di rumore e deve essere presa in considerazione nella progettazione del circuito (ad esempio, attraverso tecniche di compensazione della temperatura o rilevamento sincrono).

9.4 Questo sensore può essere utilizzato con sorgenti luminose diverse da 940nm?

Sì, ma con sensibilità ridotta. La curva di risposta spettrale mostra una sensibilità significativa da 760nm a 1100nm. Ad esempio, risponderà a LED a 850nm, ma la fotocorrente generata per la stessa intensità luminosa sarà inferiore rispetto a una sorgente a 940nm. Fare sempre riferimento alla curva di sensibilità spettrale relativa (se fornita per intero) o calcolare la responsività alla lunghezza d'onda desiderata per una progettazione accurata.

10. Caso di Studio Pratico di Progettazione

Caso di Progettazione: Sensore a Interruzione di Fascio Infrarosso per Cancello di Sicurezza.

Obiettivo:Creare un sensore affidabile e veloce per rilevare quando un oggetto interrompe un fascio infrarosso invisibile, attivando un allarme di sicurezza.

Implementazione:

1. Trasmettitore:Un LED infrarosso a 940nm è pilotato da una corrente pulsata (es. impulsi da 20mA a 38kHz) per garantire immunità alla luce ambientale e ridurre il consumo medio di potenza.
2. Ricevitore:Il PD204-6B/L3 è posizionato di fronte al trasmettitore, allineato entro il suo angolo di vista di 45°. È polarizzato inversamente a 5V attraverso una resistenza di carico.
3. Condizionamento del Segnale:Il piccolo segnale AC di fotocorrente dal fotodiodo (sovrapposto alla corrente di buio DC) viene inviato a un amplificatore a guadagno elevato e passa-banda sintonizzato a 38kHz. Questo filtra la luce ambientale DC e il rumore a bassa frequenza.
4. Rilevamento:Il segnale amplificato viene quindi raddrizzato e confrontato con una soglia. Quando il fascio è integro, è presente un forte segnale a 38kHz e l'uscita del comparatore è alta. Quando un oggetto interrompe il fascio, il segnale scompare, causando il passaggio a basso del comparatore e l'attivazione dell'allarme.

Perché il PD204-6B/L3 è Adatto:Il suo tempo di risposta rapido di 10ns gestisce facilmente il segnale modulato a 38kHz. L'alta sensibilità a 940nm garantisce un buon rapporto segnale/rumore dal LED IR abbinato. La bassa capacità consente un circuito reattivo anche con i necessari componenti di filtraggio.

11. Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN come il PD204-6B/L3 opera sul principio dell'effetto fotoelettrico interno. La struttura del dispositivo consiste in un'ampia regione intrinseca (I) di semiconduttore leggermente drogata, racchiusa tra regioni di tipo P e tipo N. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del semiconduttore (es. luce infrarossa a 940nm per il silicio) colpiscono la regione intrinseca, generano coppie elettrone-lacuna. Quando il diodo è polarizzato inversamente, il campo elettrico interno attraverso la regione di svuotamento (che si estende attraverso lo strato intrinseco) spazza questi portatori di carica verso i rispettivi terminali, generando una fotocorrente (I_L) proporzionale all'intensità della luce incidente. L'ampia regione intrinseca riduce la capacità e consente una raccolta efficiente dei portatori generati su un volume maggiore, contribuendo sia alla velocità che alla sensibilità.

12. Tendenze e Contesto del Settore

I rilevatori di luce come il PD204-6B/L3 sono componenti fondamentali nel crescente campo dell'optoelettronica e del sensing. Le tendenze attuali che guidano la domanda per tali dispositivi includono:

• Automazione e Industria 4.0:Uso crescente di sensori senza contatto per il controllo di posizione, presenza e qualità nella produzione.
• Elettronica di Consumo:Integrazione in dispositivi per il sensing di prossimità (es. spegnimento degli schermi degli smartphone durante le chiamate), sensing della luce ambientale per il controllo della luminosità del display e riconoscimento gestuale.
• Internet delle Cose (IoT):Sensori a basso consumo e affidabili per dispositivi smart home, sistemi di sicurezza e monitoraggio ambientale.
• Progressi:La tendenza generale è verso una maggiore integrazione (es. fotodiodi con amplificatori on-chip), package più piccoli (dispositivi a montaggio superficiale), minore consumo energetico e prestazioni migliorate in lunghezze d'onda specifiche per applicazioni come LiDAR, sensing biomedico e comunicazioni ottiche. Dispositivi come il PD204-6B/L3 rappresentano una soluzione matura, affidabile ed economica per le esigenze di sensing infrarosso mainstream.

13. Dichiarazione di Non Responsabilità e Note d'Uso

Le linee guida critiche per l'uso derivate dalla dichiarazione di non responsabilità della scheda tecnica includono:

1. Le specifiche sono soggette a modifiche. Fare sempre riferimento all'ultima scheda tecnica ufficiale per la progettazione.
2. Il prodotto soddisfa le specifiche pubblicate per 12 mesi dalla data di spedizione in condizioni di magazzinaggio normali.
3. Le curve caratteristiche mostrano prestazioni tipiche, non valori minimi o massimi garantiti. Progettare con margini appropriati.
4. Rispettare rigorosamente i Valori Massimi Assoluti. Il funzionamento oltre questi limiti può causare guasti immediati o latenti. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per danni derivanti da un uso improprio.
5. Le informazioni sono proprietarie. È vietata la riproduzione senza autorizzazione.
6. Questo componentenonè progettato o qualificato per applicazioni critiche per la sicurezza come supporto vitale medico, controllo automobilistico, aviazione o sistemi militari. Per tali applicazioni, contattare il produttore per prodotti appositamente qualificati.