Scheda Tecnica Fotodiodo PD333-3B/L2 da 5mm - Diametro 5mm - Tensione Inversa 32V - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD333-3B/L2 è un fotodiodo PIN al silicio ad alta velocità e sensibilità, alloggiato in un package plastico standard da 5mm di diametro. La sua funzione principale è convertire la luce, in particolare nello spettro infrarosso, in una corrente elettrica. Il dispositivo è dotato di una lente in epossidico nero, che ne migliora la sensibilità alla radiazione infrarossa fornendo al contempo un certo grado di filtraggio della luce ambientale. Questo componente è progettato per applicazioni che richiedono tempi di risposta rapidi e prestazioni affidabili in varie condizioni ambientali.

Vantaggi Principali:I punti di forza chiave di questo fotodiodo includono il tempo di risposta rapido, l'alta fotosensibilità e la bassa capacità di giunzione. Queste caratteristiche lo rendono adatto a rilevare rapidi cambiamenti nell'intensità luminosa. Il dispositivo è inoltre conforme alle normative RoHS e REACH dell'UE, indicando l'uso di materiali senza piombo e il rispetto degli standard di sicurezza ambientale.

Mercato di Riferimento:Questo fotodiodo è destinato al settore dell'elettronica, in particolare per l'uso in sistemi di sicurezza, collegamenti di comunicazione ottica ad alta velocità, sistemi di esposimetria per fotocamere e altre applicazioni optoelettroniche dove è richiesto un rilevamento della luce preciso e rapido.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Tensione Inversa (VR):32 V. Questa è la massima tensione di polarizzazione inversa che può essere applicata 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 non operativo.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):260°C. La temperatura di picco che il dispositivo può sopportare durante un processo di saldatura, tipicamente per una breve durata (es. 10 secondi).
• Dissipazione di Potenza (Pc):150 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura dell'aria libera. La massima potenza che il dispositivo può dissipare in sicurezza.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a Ta=25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni di test specificate.

• Larghezza di Banda Spettrale (λ0.5):840 nm a 1100 nm. Questo è l'intervallo di lunghezze d'onda in cui la responsività del fotodiodo è almeno la metà del suo valore di picco. Indica una sensibilità principalmente nella regione del vicino infrarosso.
• Lunghezza d'Onda di Sensibilità di Picco (λP):940 nm (Tipico). La lunghezza d'onda della luce alla quale il fotodiodo è più sensibile.
• Tensione a Circuito Aperto (VOC):0.39 V (Tipico). La tensione generata ai terminali del fotodiodo sotto illuminazione (Ee=1mW/cm² a λp=940nm) quando non è collegato alcun carico esterno (circuito aperto).
• Corrente di Cortocircuito (ISC):35 µA (Tipico). La corrente che scorre attraverso il fotodiodo sotto la stessa illuminazione quando i terminali sono cortocircuitati insieme.
• Corrente di Luce Inversa (IL):35 µA (Tipico, Min 25 µA). La corrente che scorre quando il fotodiodo è polarizzato inversamente (VR=5V) e illuminato. Questo è un parametro chiave per i circuiti di fotorilevamento.
• Corrente Oscura Inversa (ID):5 nA (Tipico, Max 30 nA). La piccola corrente di dispersione che scorre sotto polarizzazione inversa (VR=10V) in completa oscurità. Valori più bassi sono generalmente migliori per il rapporto segnale/rumore.
• Tensione di Breakdown Inversa (VBR):Min 32 V, Tip 170 V. La tensione inversa alla quale il diodo inizia a condurre pesantemente (breakdown). Il valore minimo si allinea con il Valore Massimo Assoluto.
• Capacità Totale (Ct):18 pF (Tipico). La capacità di giunzione a VR=5V e f=1MHz. Una capacità inferiore contribuisce a un tempo di risposta più rapido.
• Tempo di Salita / Discesa (tr / tf):45 ns (Tipico). Il tempo necessario affinché il segnale di uscita salga dal 10% al 90% (o scenda dal 90% al 10%) del suo valore finale in risposta a un cambiamento a gradino dell'intensità luminosa, misurato con VR=10V e RL=100Ω.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano come i parametri chiave variano con le condizioni operative. Queste sono essenziali per la progettazione del circuito.

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 deratare la capacità di gestione della potenza in ambienti ad alta temperatura per prevenire danni termici.

3.2 Sensibilità Spettrale

Questo grafico traccia la responsività normalizzata del fotodiodo in funzione della lunghezza d'onda. Conferma visivamente la sensibilità di picco a 940 nm e la larghezza di banda spettrale da circa 840 nm a 1100 nm, evidenziandone l'idoneità per applicazioni infrarosse.

3.3 Corrente Oscura Inversa vs. Temperatura Ambiente

La corrente oscura aumenta esponenzialmente con la temperatura. Questa curva è fondamentale per applicazioni che operano a temperature elevate, poiché una corrente oscura aumentata alza il rumore di fondo del sistema di rilevamento.

3.4 Corrente di Luce Inversa vs. Irradianza (Ee)

Questo grafico dimostra la relazione lineare tra la fotocorrente generata (IL) e la densità di potenza della luce incidente (irradianza) in un intervallo specificato. Conferma la risposta fotoelettrica lineare del dispositivo, vitale per una misurazione accurata della luce.

3.5 Capacità ai Terminali vs. Tensione Inversa

La capacità di giunzione (Ct) diminuisce all'aumentare della tensione di polarizzazione inversa (VR). Questa curva consente ai progettisti di selezionare una tensione di polarizzazione operativa che ottimizza il compromesso tra velocità di risposta (capacità inferiore a VR più alte) e consumo energetico/rumore.

3.6 Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico

Questo grafico mostra come il tempo di salita/discesa (tr/tf) varia con la resistenza di carico (RL) nel circuito di rilevamento. Tempi di risposta più rapidi si ottengono con resistori di carico più piccoli, ma questo riduce anche l'escursione della tensione di uscita. La curva aiuta nella selezione di RL per una banda passante desiderata.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è in un package plastico con reofori radiali da 5mm di diametro. Il disegno dimensionale specifica il diametro del corpo, la distanza tra i reofori, il diametro dei reofori e le dimensioni complessive. Una nota indica tolleranze standard di ±0.25mm salvo diversa indicazione sul disegno. Il catodo è tipicamente identificato da un reoforo più lungo o da un lato piatto sul bordo del package.

4.2 Identificazione della Polarità

L'anodo è collegato al reoforo più corto, mentre il catodo è collegato al reoforo più lungo. Il package può anche avere un lato piatto vicino al reoforo del catodo. La polarità corretta deve essere osservata durante l'assemblaggio del circuito.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il Valore Massimo Assoluto per la temperatura di saldatura è 260°C. Questo è compatibile con i profili standard di saldatura a rifusione senza piombo (es. IPC/JEDEC J-STD-020). Il dispositivo non deve essere esposto a questa temperatura per un periodo prolungato; la tipica durata della temperatura di picco di rifusione è di 20-40 secondi. È accettabile anche la saldatura manuale con un saldatore a temperatura controllata, purché il limite di 260°C sul reoforo non venga superato. Lo stoccaggio deve avvenire in un ambiente asciutto e a temperatura ambiente entro l'intervallo Tstg specificato di -40°C a +100°C per prevenire l'assorbimento di umidità e altri degradi.

6. Informazioni su Confezionamento e Ordini

La specifica di imballaggio standard è 200-500 pezzi per busta, 5 buste per scatola e 10 scatole per cartone. L'etichetta sull'imballaggio include campi per Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero Prodotto (P/N), Quantità di Imballo (QTY) e Numero di Lotto (LOT No). Altri campi come CAT (Classe di Intensità Luminosa), HUE (Classe di Lunghezza d'Onda Dominante) e REF (Classe di Tensione Diretta) sono elencati ma sono più tipici per i LED; per questo fotodiodo, potrebbero non essere utilizzati attivamente per il binning. Il numero di prodotto PD333-3B/L2 segue la convenzione di denominazione interna del produttore.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Fotorilevamento ad Alta Velocità:Utilizzato in collegamenti dati ottici, scanner di codici a barre e telemetri laser dove il tempo di risposta di 45ns è vantaggioso.
• Sistemi di Sicurezza:Integrato in sensori di movimento a infrarossi passivi (PIR), sensori a barriera fotoelettrica e tende di luce.
• Sistemi Fotografici:Impiegato per il controllo automatico dell'esposizione, il monitoraggio del flash e il rilevamento di filtri infrarossi.
• Sensori Industriali:Rilevamento di oggetti, sensori di bordo e misurazione dell'opacità in apparecchiature automatizzate.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Polarizzazione:Per la risposta più rapida, far funzionare il fotodiodo in modalità a polarizzazione inversa (fotoconduttiva). Un amplificatore di transimpedenza (TIA) è comunemente usato per convertire la fotocorrente in un segnale di tensione.
• Riduzione del Rumore:Schermare il dispositivo e il circuito dal rumore elettrico. Utilizzare un amplificatore operazionale a basso rumore per il TIA e considerare il filtraggio per mitigare gli effetti della corrente oscura, specialmente ad alte temperature.
• Considerazioni Ottiche:L'epossidico nero trasmette gli infrarossi. Per un filtraggio specifico della lunghezza d'onda, potrebbe essere necessario un filtro ottico esterno aggiuntivo. Assicurarsi che l'apertura ottica sia pulita e correttamente allineata.
• Selezione della Resistenza di Carico:Scegliere RL in base alla banda passante richiesta (vedere la curva Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico) e al livello di tensione di uscita desiderato (Vout = IL * RL).

8. Confronto Tecnico

Rispetto a fotodiodi standard o fototransistor, il PD333-3B/L2 offre una combinazione bilanciata di velocità e sensibilità. La sua struttura PIN fornisce una regione di svuotamento più ampia rispetto a un fotodiodo PN standard, risultando in una capacità di giunzione inferiore (18 pF tipico) per una risposta più rapida e una maggiore efficienza quantica nello spettro infrarosso. Il package da 5mm offre un'area attiva più grande rispetto a fotodiodi SMD più piccoli, raccogliendo più luce per un segnale di uscita più alto, il che può essere vantaggioso in scenari di rilevamento a bassa luminosità o a lunga distanza.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra corrente di cortocircuito (ISC) e corrente di luce inversa (IL)?

R: ISC è misurata con tensione di polarizzazione zero (terminali cortocircuitati), mentre IL è misurata sotto una polarizzazione inversa applicata (es. 5V). IL è tipicamente molto vicina a ISC per un fotodiodo PIN ed è il parametro utilizzato nella maggior parte dei circuiti di rilevamento polarizzati.

D: Posso usare questo fotodiodo per rilevare la luce visibile?

R: Sebbene abbia una certa sensibilità nello spettro del rosso visibile (vicino a 700nm), il suo picco è a 940nm (infrarosso). Per prestazioni ottimali con luce visibile, sarebbe più adatto un fotodiodo con sensibilità di picco nell'intervallo visibile (es. 550-650nm).

D: Come converto la fotocorrente (IL) in una tensione utilizzabile?

R: Il metodo più comune è utilizzare un amplificatore di transimpedenza (TIA). La tensione di uscita è Vout = -IL * Rf, dove Rf è la resistenza di feedback del TIA. Questa configurazione mantiene anche il fotodiodo in una condizione di cortocircuito virtuale, minimizzando gli effetti della capacità di giunzione.

D: Cosa significa la designazione "senza piombo" e "conforme RoHS"?

R: Indica che il prodotto è fabbricato senza l'uso di piombo (Pb) e rispetta la direttiva dell'Unione Europea sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS), che limita materiali pericolosi specifici nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche.

10. Caso d'Uso Pratico

Progettazione di un Sensore di Prossimità a Infrarossi:Il PD333-3B/L2 può essere accoppiato con un LED a infrarossi da 940nm per creare un semplice sensore di prossimità o rilevamento oggetti. Il LED viene pulsato a una frequenza specifica. Il fotodiodo rileva la luce IR riflessa. Un circuito che prevede il fotodiodo in modalità a polarizzazione inversa, seguito da un TIA e da un filtro passa-banda sintonizzato sulla frequenza di impulso del LED, può estrarre efficacemente il debole segnale riflesso dal rumore della luce ambientale. Il tempo di risposta di 45ns consente una modulazione ad alta frequenza, migliorando l'immunità al rumore e consentendo cicli di rilevamento più rapidi.

11. Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN è un dispositivo a semiconduttore con una regione intrinseca (I) racchiusa tra regioni di tipo P e tipo N. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del semiconduttore colpiscono il dispositivo, generano coppie elettrone-lacuna nella regione intrinseca. Sotto polarizzazione inversa, il campo elettrico attraverso la regione intrinseca spazza questi portatori di carica verso i rispettivi terminali, generando una fotocorrente proporzionale all'intensità della luce incidente. L'ampia regione intrinseca riduce la capacità di giunzione (consentendo una risposta più rapida) e aumenta il volume per l'assorbimento dei fotoni (migliorando la sensibilità), specialmente per lunghezze d'onda più lunghe come gli infrarossi.

12. Tendenze del Settore

La domanda di fotodiodi continua a crescere in aree come l'automazione industriale, il LiDAR automobilistico, l'elettronica di consumo (es. sensori di prossimità per smartphone) e il sensing biomedico. Le tendenze includono un'ulteriore miniaturizzazione in package di tipo chip-scale (CSP), l'integrazione con circuiti di amplificazione ed elaborazione del segnale on-chip e lo sviluppo di fotodiodi per bande di lunghezze d'onda specifiche (es. per il rilevamento di gas). C'è anche un focus sul miglioramento delle metriche di prestazione come corrente oscura più bassa, velocità più elevata e affidabilità migliorata in condizioni ambientali severe. Il PD333-3B/L2 rappresenta un componente maturo e affidabile in questo panorama in evoluzione, ben adatto per applicazioni ad alto volume e sensibili al costo che richiedono un rilevamento infrarosso robusto.