Scheda Tecnica del Fotodiodo PD333-3B/L1 da 5mm - Diametro 5mm - Tensione Inversa 32V - Lente Nera - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD333-3B/L1 è un fotodiodo al silicio PIN ad alta velocità e sensibilità, incapsulato in un package plastico standard da 5mm di diametro. La sua funzione principale è convertire la luce incidente, 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 riducendo al contempo la risposta alla luce visibile. Ciò lo rende particolarmente adatto per applicazioni che richiedono il rilevamento nella gamma del vicino infrarosso. I vantaggi principali di questo componente includono il tempo di risposta rapido, l'alta fotosensibilità e la bassa capacità di giunzione, caratteristiche fondamentali per il rilevamento di segnali ad alta velocità. È progettato come componente senza piombo (Pb-free) e rispetta le normative ambientali pertinenti come RoHS e REACH UE.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per funzionare in modo affidabile entro i limiti specificati. Il superamento di questi valori può causare danni permanenti.

• Tensione Inversa (V_R):32 V - La massima tensione di polarizzazione inversa che può essere applicata ai terminali del fotodiodo.
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-25°C a +85°C - L'intervallo di temperatura ambiente per il funzionamento normale.
• Temperatura di Stoccaggio (T_stg):-40°C a +100°C - L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C - La temperatura di picco che il dispositivo può sopportare durante i processi di saldatura.
• Dissipazione di Potenza (P_c):150 mW - La massima potenza che il dispositivo può dissipare a una temperatura ambiente pari o inferiore a 25°C.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

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

• Banda Spettrale (λ_0.5):840 nm a 1100 nm - L'intervallo di lunghezze d'onda in cui la responsività è almeno la metà del suo valore di picco.
• Lunghezza d'Onda di Sensibilità di Picco (λ_P):940 nm (Tipica) - La lunghezza d'onda della luce a cui il fotodiodo è più sensibile.
• Tensione a Circuito Aperto (V_OC):0.44 V (Tipica) - La tensione generata ai terminali aperti quando illuminato (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• Corrente di Cortocircuito (I_SC):10 µA (Tipica) - La corrente che scorre quando i terminali sono in cortocircuito sotto illuminazione (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• Corrente Luminosa Inversa (I_L):Min. 15 µA - La fotocorrente generata sotto polarizzazione inversa (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). Questo è un parametro chiave per il rilevamento del segnale.
• Corrente di Buio Inversa (I_D):Max. 30 nA - La piccola corrente di dispersione che scorre sotto polarizzazione inversa in completa oscurità (V_R=10V). Un valore più basso è desiderabile per un migliore rapporto segnale/rumore.
• Tensione di Breakdown Inversa (V_BR):Min. 32 V, Tip. 170 V - La tensione inversa alla quale la giunzione va in breakdown e la corrente aumenta bruscamente.
• Capacità Totale (C_t):6.0 pF (Tipica) - La capacità di giunzione sotto polarizzazione inversa (V_R=5V, f=1MHz). Una bassa capacità è cruciale per il funzionamento ad alta velocità.
• Tempo di Salita/Discesa (t_r/t_f):10 ns (Tipica) - Il tempo necessario affinché il segnale di uscita salga dal 10% al 90% (o scenda dal 90% al 10%) del suo valore finale (V_R=10V, R_L=100Ω). Questo definisce la massima velocità di commutazione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il PD333-3B/L1 viene suddiviso in diversi bin in base alle prestazioni della sua Corrente Luminosa Inversa (I_L) in specifiche condizioni di test (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V). Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con prestazioni coerenti per la loro applicazione.

La scheda tecnica riporta anche le tolleranze standard: Intensità Luminosa ±10%, Lunghezza d'Onda Dominante ±1nm e Tensione Diretta ±0.1V, sebbene le ultime due siano più rilevanti per i LED che per questo fotodiodo.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste sono essenziali per la progettazione del circuito e la previsione delle prestazioni.

4.1 Sensibilità Spettrale

La curva di risposta spettrale mostra la sensibilità relativa del dispositivo su diverse lunghezze d'onda. Raggiunge il picco a 940 nm (infrarosso) e ha una risposta significativa da circa 840 nm a 1100 nm. Ciò conferma la sua idoneità per sistemi basati su IR come telecomandi e sensori di prossimità.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Vengono fornite curve che mostrano la relazione tra Corrente di Buio Inversa e Temperatura Ambiente, e Dissipazione di Potenza vs. Temperatura Ambiente. La corrente di buio tipicamente aumenta con la temperatura, il che può influenzare il rumore di fondo in applicazioni sensibili. La curva di derating della potenza mostra come la massima dissipazione di potenza ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C.

4.3 Caratteristiche Elettriche

I grafici chiave includono:

• Corrente Luminosa Inversa vs. Irradianza (E_e):Mostra la relazione lineare tra la fotocorrente generata e la densità di potenza della luce incidente, una proprietà fondamentale dei fotodiodi.
• Capacità dei Terminali vs. Tensione Inversa:Dimostra come la capacità di giunzione diminuisca con l'aumentare della tensione di polarizzazione inversa. Lavorare a una tensione inversa più alta (entro i limiti) può migliorare la velocità riducendo la capacità.
• Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico:Illustra come il tempo di salita/discesa sia influenzato dalla resistenza di carico (R_L) nel circuito. Una R_Lpiù piccola generalmente porta a una risposta più rapida ma a un'escursione di tensione di uscita minore.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un package plastico rotondo standard da 5mm di diametro. Il disegno dimensionale del package fornisce le misure critiche per la progettazione dell'impronta PCB e l'integrazione meccanica. Le dimensioni chiave includono il diametro totale (5mm), la spaziatura dei terminali e l'altezza del componente. Il disegno specifica una tolleranza generale di ±0.25mm salvo diversa indicazione. Il package presenta due terminali assiali per la connessione elettrica. Il corpo in epossidico nero funge da lente e filtro IR. L'identificazione corretta della polarità dovrebbe basarsi sul diagramma dei terminali della scheda tecnica; tipicamente, il catodo è indicato da un terminale più lungo, da un punto piatto sul package o da una marcatura specifica.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il componente è classificato per una temperatura massima di saldatura di 260°C. Possono essere utilizzati i profili standard di rifusione o saldatura a onda per processi senza piombo, assicurando che la temperatura di picco e il tempo sopra il liquidus siano controllati per prevenire danni termici. La saldatura manuale dovrebbe essere eseguita rapidamente con un saldatore a temperatura controllata. Si consiglia di conservare i componenti in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che potrebbe causare problemi durante la saldatura (effetto popcorn).

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La specifica di imballaggio standard è di 500 pezzi per busta, 5 buste per scatola e 10 scatole per cartone, per un totale di 25.000 pezzi per cartone. L'etichetta sull'imballaggio include campi per il Numero Prodotto Cliente (CPN), il Numero Prodotto (P/N), la Quantità di Imballo (QTY) e le classi di prestazione rilevanti (CAT per l'intensità, ecc.), insieme al Numero di Lotto e alla codifica della data per la tracciabilità.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rilevamento Fotografico ad Alta Velocità:Adatto per la trasmissione dati su fibra ottica, scanner di codici a barre e encoder ottici grazie al suo tempo di risposta di 10ns.
• Sistemi di Sicurezza:Può essere utilizzato in fasci di rilevamento intrusioni, rivelatori di fumo o come ricevitore per comunicazioni di sicurezza basate su IR.
• Applicazioni Fotografiche:Utile per l'esposimetria, sistemi di assistenza all'autofocus o come monitor per filtri taglia-IR.
• Sensori Industriali:Rilevamento oggetti, conteggio e sensori di posizione in apparecchiature automatizzate.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Polarizzazione:Il fotodiodo può essere utilizzato in modalità fotovoltaica (polarizzazione zero) per applicazioni a basso rumore o in modalità fotoconduttiva (polarizzazione inversa) per maggiore velocità e linearità. La tensione inversa massima di 32V consente un'ampia scelta di polarizzazioni.
• Amplificazione:La corrente di uscita è piccola (microampere), quindi è quasi sempre necessario un amplificatore di transimpedenza (TIA) per convertire la corrente in un segnale di tensione utilizzabile.
• Rumore:Per applicazioni sensibili, considerare la corrente di buio e la sua dipendenza dalla temperatura. Schermature e un'attenta disposizione del PCB sono necessarie per minimizzare la captazione del rumore elettrico.
• Filtraggio Ottico:L'epossidico nero fornisce un certo filtraggio, ma per una selezione specifica della lunghezza d'onda, potrebbe essere necessario un filtro ottico passa-banda aggiuntivo.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai fotodiodi generici, il PD333-3B/L1 offre una combinazione bilanciata di velocità (10ns), sensibilità (min 15µA nelle condizioni specificate) e un robusto rating di tensione inversa di 32V in un package comune da 5mm. La sua costruzione in silicio e la struttura PIN forniscono un buon compromesso tra costo, velocità e sensibilità per applicazioni nel vicino infrarosso. Alternative potrebbero includere fotodiodi con package più piccoli per progetti con vincoli di spazio, quelli con risposte spettrali diverse (es. luce visibile) o fotodiodi a valanga (APD) per applicazioni che richiedono guadagno interno, sebbene gli APD siano più complessi e costosi.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra la modalità fotovoltaica e fotoconduttiva?

R: In modalità fotovoltaica (polarizzazione zero), il fotodiodo genera la propria tensione/corrente, offrendo una corrente di buio e un rumore molto bassi. In modalità fotoconduttiva (polarizzazione inversa), viene applicata una tensione esterna, che riduce la capacità di giunzione (aumentando la velocità) e migliora la linearità, al costo di una corrente di buio leggermente più alta.

D: Come scelgo il bin giusto?

R: Seleziona un bin in base alla corrente di segnale minima richiesta per la tua applicazione. L'uso di un bin più alto garantisce un segnale più forte ma può avere implicazioni sui costi. Per la coerenza nella produzione, specifica un singolo bin.

D: Questo fotodiodo può essere utilizzato per il rilevamento della luce visibile?

R: Sebbene abbia una certa risposta nello spettro del rosso visibile, il suo picco è a 940nm (IR) e l'epossidico nero attenua la luce visibile. Per il rilevamento primario della luce visibile, sarebbe più appropriato un fotodiodo con lente trasparente o specifica per colore e una lunghezza d'onda di picco nella gamma visibile.

D: Che valore di resistenza di carico (R_L) dovrei usare?

R: Dipende dalla velocità e dal livello del segnale richiesti. Una R_Lpiù piccola (es. 50Ω) dà una risposta più rapida ma un'uscita di tensione minore (Vout = I_ph* R_L). Una R_Lpiù grande dà una tensione maggiore ma una risposta più lenta a causa della costante di tempo RC formata con la capacità del diodo. Fare riferimento alla curva "Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico".

11. Caso Pratico di Progettazione

Caso: Sensore Semplice di Rilevamento Oggetti

Un uso comune è un sensore a fascio interrotto. Un LED IR che emette a 940nm è posto di fronte al fotodiodo PD333-3B/L1. Il fotodiodo opera in modalità fotoconduttiva con una polarizzazione inversa di 5V attraverso una resistenza di carico (es. 10kΩ). In condizioni normali, la luce IR colpisce il diodo, generando una fotocorrente e creando una caduta di tensione sulla resistenza. Quando un oggetto interrompe il fascio, la fotocorrente cala significativamente, causando un grande cambiamento nella tensione ai capi della resistenza. Questo segnale di tensione può essere inviato a un comparatore per generare un interrupt digitale per un microcontrollore. Il tempo di risposta di 10ns è di gran lunga più veloce del necessario per questa applicazione, ma l'alta sensibilità garantisce un funzionamento affidabile anche con sorgenti IR più deboli o su distanze maggiori.

12. Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN è un dispositivo a semiconduttore con una regione intrinseca (I) racchiusa tra regioni di tipo P e di tipo N. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del semiconduttore colpiscono il dispositivo, creano coppie elettrone-lacuna nella regione intrinseca. Sotto l'influenza di un potenziale interno incorporato (modalità fotovoltaica) o di una polarizzazione inversa applicata (modalità fotoconduttiva), questi portatori di carica vengono separati, creando una fotocorrente misurabile proporzionale all'intensità della luce incidente. L'ampia regione intrinseca in una struttura PIN riduce la capacità di giunzione rispetto a un fotodiodo PN standard, consentendo un funzionamento a velocità più elevate.

13. Tendenze del Settore

La domanda di fotodiodi continua a crescere in aree come l'elettronica di consumo (sensori per smartphone, dispositivi indossabili), l'automotive (LiDAR, monitoraggio del conducente), l'automazione industriale e le comunicazioni (data center). Le tendenze includono un'ulteriore miniaturizzazione in package di dimensioni chip, l'integrazione con circuiti di amplificazione ed elaborazione del segnale on-chip, lo sviluppo di fotodiodi per nuove gamme di lunghezze d'onda (es. infrarosso a onda corta) e il miglioramento di parametri prestazionali come rumore più basso e velocità più elevate per soddisfare i requisiti delle tecnologie emergenti.