Scheda Tecnica Fotodiodo PD333-3C/H0/L2 da 5mm - Diametro 5mm - Tensione Inversa 32V - Sensibilità di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD333-3C/H0/L2 è un fotodiodo al silicio PIN ad alta velocità e sensibilità, racchiuso in un package plastico standard da 5mm di diametro. Questo dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono un rilevamento ottico rapido, sfruttando la sua bassa capacità di giunzione e il tempo di risposta veloce. L'utilizzo di epossidico trasparente come materiale per la lente lo rende sensibile a un ampio spettro, inclusa la radiazione visibile e infrarossa, con una sensibilità di picco specificamente nella regione del vicino infrarosso. I suoi obiettivi di progettazione principali sono fornire prestazioni affidabili in soluzioni di sensing compatte ed economiche.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi oggettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è classificato per una tensione inversa massima (VR) di 32V, che definisce il limite superiore della tensione di polarizzazione applicabile senza rischiare danni permanenti. L'intervallo di temperatura operativa (Topr) va da -25°C a +85°C, adatto alla maggior parte degli ambienti commerciali e industriali. Lo stoccaggio può avvenire in un intervallo più ampio, da -40°C a +100°C. La temperatura di saldatura (Tsol) è specificata a 260°C, che è una temperatura di picco standard per i processi di rifusione senza piombo. La dissipazione di potenza (Pc) è di 150 mW a una temperatura ambiente pari o inferiore a 25°C, un parametro cruciale per la gestione termica nel circuito applicativo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

La risposta spettrale è ampia, coprendo una larghezza di banda (λ0.5) da 400 nm a 1100 nm, con una tipica lunghezza d'onda di sensibilità di picco (λP) a 940 nm. Ciò lo rende ideale per applicazioni di sensing a infrarossi, come quelle che utilizzano LED IR da 850nm o 940nm. I parametri di sensibilità chiave includono una tipica tensione a circuito aperto (VOC) di 0,39V e una corrente di cortocircuito (ISC) di 40 μA, entrambe misurate con un'irradianza (Ee) di 1 mW/cm² a 940nm. Sotto una polarizzazione inversa di 5V, la tipica corrente luminosa inversa (IL) è di 40 μA nelle stesse condizioni di irradianza. La corrente di buio inversa (ID), un parametro critico per le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione, è tipicamente di 5 nA a VR=10V, con un massimo di 30 nA. La capacità di giunzione totale (Ct) è tipicamente di 18 pF a VR=5V e 1 MHz, che influenza direttamente la velocità del dispositivo. I tempi di salita e discesa (tr/tf) sono tipicamente di 45 ns ciascuno quando misurati con VR=10V e una resistenza di carico (RL) di 100Ω, confermando le sue capacità ad alta velocità. L'angolo di visione (2θ1/2) è di 80 gradi.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve di prestazione tipiche che illustrano come i parametri chiave variano in base alle condizioni operative. Queste curve sono essenziali per i progettisti per prevedere le prestazioni nel mondo reale.

3.1 Sensibilità Spettrale

La curva di sensibilità spettrale mostra la responsività relativa del fotodiodo attraverso le lunghezze d'onda da circa 400 nm a 1100 nm. La curva raggiunge il picco nettamente intorno ai 940 nm, confermando la sua ottimizzazione per la luce nel vicino infrarosso. La sensibilità cala significativamente nel visibile profondo e oltre i 1100 nm.

3.2 Dipendenza dalla Temperatura

Due curve evidenziano gli effetti della temperatura: Dissipazione di Potenza vs. Temperatura Ambiente e Corrente di Buio Inversa vs. Temperatura Ambiente. La curva di derating della dissipazione di potenza mostra come la potenza massima consentita diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. La curva della corrente di buio dimostra che ID aumenta esponenzialmente con la temperatura, una caratteristica comune delle giunzioni a semiconduttore. Ciò è fondamentale per le applicazioni che operano a temperature elevate, poiché una corrente di buio aumentata alza il livello di rumore di fondo.

3.3 Linearità e Risposta Dinamica

La curva Corrente Luminosa Inversa vs. Ee illustra la linearità del fotodiodo. In un intervallo specificato di irradianza, la fotocorrente (IL) dovrebbe aumentare linearmente con la potenza ottica incidente. La curva Tempo di Risposta vs. Resistenza di Carico mostra come il tempo di salita/discesa (tr/tf) aumenti con una resistenza di carico (RL) più alta. Per applicazioni ad alta velocità, è necessaria una resistenza di carico di basso valore (come i 100Ω utilizzati nelle specifiche), sebbene produca un'escursione di tensione di uscita più piccola.

3.4 Capacità vs. Tensione

La curva Capacità Terminale vs. Tensione Inversa mostra che la capacità di giunzione (Ct) diminuisce all'aumentare della tensione di polarizzazione inversa. Ciò è dovuto all'allargamento della regione di svuotamento. Applicare una polarizzazione inversa più alta (entro i limiti) può quindi migliorare la velocità riducendo la capacità, al costo di una potenziale corrente di buio più elevata.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package radiale standard da 5mm (T-1 3/4). Il disegno dimensionale dettagliato specifica il diametro, la distanza tra i terminali, la lunghezza dei terminali e la forma della lente. Una nota importante specifica che le tolleranze dimensionali sono di ±0,25 mm salvo diversa indicazione. Anodo e catodo sono identificati, con il terminale più lungo che è tipicamente l'anodo (lato positivo in modalità fotovoltaica).

4.2 Identificazione della Polarità

La polarità è indicata dalla lunghezza dei terminali. Il terminale più lungo è l'anodo (lato P) e quello più corto è il catodo (lato N). Quando operato in modalità fotoconduttiva (polarizzato inversamente), il catodo deve essere collegato alla tensione di alimentazione positiva.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è di 260°C. Ciò è in linea con i profili di rifusione senza piombo comuni. Durante la saldatura manuale, è necessario prestare attenzione a minimizzare il tempo di esposizione al calore per prevenire danni al package plastico e alla lente in epossidico. Il dispositivo deve essere conservato in condizioni entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato (-40°C a +100°C) e in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che potrebbe influire sull'affidabilità durante la rifusione.

6. Informazioni su Confezionamento e Ordini

6.1 Specifiche di Imballaggio

Il metodo di imballaggio standard è: 200-500 pezzi per busta, 5 buste per cartone interno e 10 cartoni interni per cartone master (esterno).

6.2 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta sulla confezione contiene diversi campi: CPN (Numero Prodotto del Cliente), P/N (Numero di Parte), QTY (Quantità Imballata), LOT No. (Numero di Lotto per la tracciabilità) e codici data. Ciò facilita la gestione dell'inventario e la tracciabilità.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

La scheda tecnica elenca: Rilevamento fotografico ad alta velocità, Sistemi di sicurezza e Telecamere. Nello specifico, questo fotodiodo è particolarmente adatto per:

• Ricevitori per Telecomandi a Infrarossi:Abbinato a un LED IR da 940nm e a un IC di demodulazione.
• Encoder Ottici:Per il rilevamento di velocità e posizione in stampanti, motori o apparecchiature industriali.
• Sensori di Luce Ambientale (ALS):Per il controllo della retroilluminazione del display nei dispositivi, sebbene la sua sensibilità IR possa richiedere filtraggio per una misurazione accurata della luce visibile.
• Rilevamento Semplice di Oggetti:In combinazione con una sorgente di luce IR per sensori di prossimità o a barriera.
• Pulsossimetria (in dispositivi medici, con le dovute qualifiche):Rilevamento di luce rossa e IR, sebbene sia richiesta la certificazione medica.

7.2 Considerazioni di Progettazione

Configurazione della Polarizzazione:Per una risposta lineare o ad alta velocità, utilizzare il fotodiodo in modalità fotoconduttiva (polarizzato inversamente). Un circuito ad amplificatore di transimpedenza (TIA) è comunemente utilizzato per convertire la fotocorrente in una tensione. La resistenza e il condensatore di retroazione nel TIA devono essere scelti in base alla larghezza di banda desiderata e alla capacità del fotodiodo (tipicamente 18 pF).

Minimizzazione del Rumore:Mantenere i terminali del fotodiodo corti e utilizzare un layout schermato per minimizzare la capacità parassita e la captazione di interferenze elettromagnetiche. Per applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione, considerare il raffreddamento del dispositivo per ridurre il rumore da corrente di buio.

Considerazioni Ottiche:La lente trasparente ammette luce visibile e IR. Se si desidera solo il rilevamento IR, è possibile aggiungere un filtro passa-IR per bloccare la luce visibile e ridurre il rumore dalle sorgenti visibili ambientali. L'angolo di visione di 80 gradi fornisce un ampio campo visivo; se necessario, è possibile utilizzare aperture ottiche o lenti per restringerlo.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto a un fotodiodo PN standard, un fotodiodo PIN come il PD333-3C/H0/L2 ha una regione intrinseca (I) tra gli strati P e N. Questa regione intrinseca crea un'area di svuotamento più ampia, che si traduce in due vantaggi chiave:1) Capacità di Giunzione Inferiore:La capacità di 18 pF è relativamente bassa per un dispositivo da 5mm, consentendo tempi di risposta più rapidi.2) Linearità Migliorata:La regione di svuotamento più ampia consente una raccolta più efficiente dei portatori di carica su un intervallo più ampio di tensioni di polarizzazione e intensità luminose. Rispetto ai fototransistor, i fotodiodi sono generalmente più veloci e hanno un'uscita più lineare, ma producono un segnale di corrente molto più piccolo, richiedendo un'amplificazione più sofisticata.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Qual è la differenza tra corrente di cortocircuito (ISC) e corrente luminosa inversa (IL)?

ISC viene misurata con polarizzazione zero ai capi del diodo (modalità fotovoltaica), mentre IL viene misurata sotto una specifica polarizzazione inversa (modalità fotoconduttiva). IL è tipicamente molto vicina, ma non esattamente uguale, a ISC. La scheda tecnica mostra entrambe con un valore tipico di 40 μA nelle stesse condizioni di test.

9.2 Perché la corrente di buio è importante?

La corrente di buio è la piccola corrente che scorre anche quando non è presente luce. Stabilisce il livello di rumore di fondo per il sensore. Nelle applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione, una bassa corrente di buio (qui tipicamente 5 nA) è essenziale per ottenere un buon rapporto segnale/rumore.

9.3 Come scelgo la resistenza di carico (RL) per la mia applicazione?

La scelta comporta un compromesso tra velocità e ampiezza dell'uscita. Una RL piccola (es. 50Ω) dà una risposta veloce (vedi la curva tr/tf vs. RL) ma una tensione di uscita piccola (Vout = IL * RL). Una RL grande dà una tensione maggiore ma una risposta più lenta a causa della costante di tempo RC formata dalla capacità del fotodiodo e da RL. Per il rilevamento di impulsi digitali, la velocità è spesso prioritaria.

9.4 Posso usarlo con una sorgente di luce visibile come un LED rosso?

Sì, la curva di risposta spettrale mostra una sensibilità significativa fino a 400 nm. Tuttavia, la sua responsività a 650 nm (rosso) sarà inferiore rispetto al suo picco a 940 nm. Otterresti un segnale più piccolo rispetto all'uso di una sorgente IR della stessa potenza ottica.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Ricevitore per Collegamento Dati a Infrarossi.Un progettista deve ricevere dati modulati da un LED IR da 940nm a 38 kHz (una frequenza comune per telecomandi). Seleziona il PD333-3C/H0/L2 per la sua alta sensibilità a 940nm e la risposta veloce (un tempo di salita di 45 ns è più che sufficiente per 38 kHz). Il fotodiodo è polarizzato inversamente a 5V. L'uscita è collegata a un IC ricevitore IR dedicato (che include un TIA, un filtro passa-banda sintonizzato su 38 kHz e un demodulatore). Il progettista posiziona il fotodiodo vicino al pin di ingresso dell'IC, utilizza tracce corte e aggiunge un piccolo condensatore di disaccoppiamento vicino all'alimentazione di polarizzazione per minimizzare il rumore. Una finestra trasparente agli IR è posizionata davanti al fotodiodo per bloccare la luce visibile e ridurre le interferenze dalle luci fluorescenti, che possono lampeggiare a 100/120 Hz.

11. Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN è un dispositivo a semiconduttore che converte la luce in corrente elettrica. Quando fotoni con energia maggiore del bandgap del semiconduttore colpiscono il dispositivo, generano coppie elettrone-lacuna nella regione intrinseca. Sotto l'influenza del campo elettrico interno (in modalità fotovoltaica) o di una polarizzazione inversa applicata (in modalità fotoconduttiva), questi portatori di carica vengono separati, creando una fotocorrente misurabile proporzionale alla potenza ottica incidente. Lo strato "I" (intrinseco) è la chiave: è leggermente drogato, creando un'ampia regione di svuotamento che riduce la capacità per una maggiore velocità e migliora l'efficienza quantistica fornendo un volume maggiore per l'assorbimento dei fotoni.

12. Tendenze Tecnologiche

La tendenza generale nella tecnologia dei fotodiodi è verso una maggiore integrazione, un rumore inferiore e una maggiore specificità applicativa. Ciò include lo sviluppo di fotodiodi con amplificazione integrata (combinazioni integrate fotodiodo-amplificatore), array per imaging o sensing multicanale e dispositivi con risposte spettrali personalizzate o filtri ottici integrati. È inoltre in corso la ricerca su materiali oltre il silicio (come InGaAs) per il rilevamento nell'intervallo infrarosso esteso. Per componenti commerciali standard come il fotodiodo PIN da 5mm, l'attenzione rimane sulla riduzione dei costi, sul miglioramento dell'affidabilità e sul raggiungimento di distribuzioni dei parametri più strette, mantenendo metriche di prestazione chiave come velocità e sensibilità.