Scheda Tecnica del Fotodiodo PIN al Silicio PD333-3C/H0/L811 da 5mm - Diametro 5mm - Tensione Inversa 35V - Lente Trasparente - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il PD333-3C/H0/L811 è un fotodiodo PIN al silicio ad alta velocità e sensibilità, incapsulato in un package plastico radiale standard da 5mm di diametro. Il dispositivo utilizza una lente epossidica trasparente, che lo rende sensibile a un ampio spettro di radiazioni, inclusa sia la luce visibile che le lunghezze d'onda infrarosse. Il suo obiettivo progettuale principale è ottenere tempi di risposta rapidi e un'elevata sensibilità fotografica, mantenendo al contempo una bassa capacità di giunzione, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono un rilevamento della luce preciso e rapido.

I vantaggi chiave di questo componente includono la conformità agli standard ambientali e di sicurezza moderni. È un prodotto senza piombo (Pb-Free), conforme al regolamento UE REACH, e rispetta i requisiti alogeni-free, con contenuto di Bromo (Br) e Cloro (Cl) ciascuno inferiore a 900 ppm e la loro somma inferiore a 1500 ppm. Il prodotto stesso è progettato per rimanere entro le specifiche conformi alla direttiva RoHS.

2. Approfondimento sulle Specifiche Tecniche

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):35 V - La massima tensione di polarizzazione inversa che può essere applicata al fotodiodo.
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW - La massima potenza che il dispositivo può dissipare.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-25°C a +85°C - L'intervallo di temperatura ambiente per il funzionamento normale.
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C - L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi.

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

Questi parametri definiscono le prestazioni fondamentali del fotodiodo in condizioni tipiche.

• Banda Spettrale (λ_0.1):400 nm a 1100 nm. Il dispositivo risponde alla luce dalla regione viola/blu fino al vicino infrarosso.
• Lunghezza d'Onda di Sensibilità di Picco (λ_P):940 nm (Tipico). Il fotodiodo è più sensibile nello spettro del vicino infrarosso.
• Tensione a Circuito Aperto (V_OC):0,38 V (Tipico) con un'irradianza di 1 mW/cm² a 470 nm.
• Corrente di Cortocircuito (I_SC):45 μA (Tipico) con un'irradianza di 1 mW/cm² a 470 nm.
• Corrente Luminosa Inversa (I_L):Questa è la fotocorrente generata quando il diodo è polarizzato inversamente.
  • 46 μA (Tipico) a 470 nm, V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
  • 60 μA (Tipico) a 940 nm (sensibilità di picco), V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
• Corrente di Buio Inversa (I_D):10 nA (Massimo) a V_R=10V in completa oscurità. Questa è la corrente di dispersione ed è un parametro chiave per la sensibilità in condizioni di scarsa illuminazione.
• Tensione di Breakdown Inversa (V_BR):130 V (Tipico), con un minimo di 35 V, misurata con una corrente inversa di 100 μA al buio.
• Angolo di Vista (2θ_1/2):80° (Tipico). Questo definisce l'intervallo angolare entro il quale il fotodiodo mantiene metà della sua sensibilità sull'asse.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche essenziali per i progettisti.

3.1 Dissipazione di Potenza vs. Temperatura Ambiente

Un grafico mostra la riduzione della massima dissipazione di potenza ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Il valore nominale di 150 mW è valido a 25°C e diminuisce linearmente fino a 0 mW a 100°C. Questa curva è fondamentale per garantire che il dispositivo non si surriscaldi nell'ambiente applicativo.

3.2 Sensibilità Spettrale

Questa curva illustra la responsività relativa del fotodiodo lungo il suo intervallo di lunghezze d'onda operative (400-1100 nm), confermando la sensibilità di picco attorno a 940 nm e una risposta significativa nello spettro visibile grazie alla lente trasparente.

3.3 Corrente Luminosa Inversa vs. Irradianza

Questo grafico dimostra la relazione lineare tra la fotocorrente generata (I_L) e la densità di potenza della luce incidente (E_e). Conferma l'idoneità del dispositivo per applicazioni di misurazione della luce dove la linearità è importante.

3.4 Corrente di Buio vs. Temperatura Ambiente

La corrente di buio (I_D) aumenta esponenzialmente con la temperatura. Questa curva è vitale per le applicazioni che operano a temperature elevate, poiché definisce il rumore di fondo del rilevatore.

3.5 Corrente Luminosa Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare rappresenta visivamente l'angolo di vista di 80°, mostrando come l'intensità del segnale rilevato diminuisce quando l'angolo della luce incidente si allontana dall'asse centrale (0°).

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il fotodiodo è fornito in un package radiale standard con terminali da 5mm. Le dimensioni chiave includono un diametro del corpo di 5,0mm, un'altezza tipica della cupola epossidica e la spaziatura dei terminali. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0,25mm. Un disegno dimensionale dettagliato è fornito nella scheda tecnica per la progettazione dell'impronta sul PCB.

4.2 Identificazione della Polarità

Il catodo (K) è tipicamente identificato da un terminale più lungo, da un punto piatto sul bordo del package o da altre marcature come da disegno del package. 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

Una manipolazione attenta durante la saldatura è cruciale per prevenire danni al bulbo epossidico e alla struttura interna.

• Regola Generale:Mantenere una distanza minima di 3mm tra il giunto di saldatura e il bulbo epossidico. Si consiglia di saldare oltre la base della barra di collegamento.
• Saldatura Manuale:Utilizzare un saldatore con una temperatura della punta non superiore a 350°C (massimo 30W). Limitare il tempo di saldatura a 3 secondi per terminale.
• Saldatura a Onda/Immersione (DIP):Preriscaldare ad un massimo di 100°C per un massimo di 60 secondi. La temperatura del bagno di saldatura non deve superare i 260°C, con un tempo di permanenza massimo di 5 secondi.
• Istruzioni Critiche:
  • Evitare di applicare stress meccanico ai terminali mentre il dispositivo è ad alta temperatura.
  • Non eseguire la saldatura a immersione o manuale più di una volta.
  • Proteggere il bulbo epossidico da urti o vibrazioni finché il dispositivo non si raffredda a temperatura ambiente.
  • Evitare un raffreddamento rapido dalla temperatura di picco di saldatura.
  • Utilizzare sempre la temperatura di saldatura più bassa possibile che garantisca un giunto affidabile.

6. Informazioni su Confezionamento e Ordini

6.1 Specifiche di Imballaggio

I dispositivi sono confezionati in sacchetti anti-statici per la protezione. Il flusso di imballaggio standard è:

1. 500 pezzi per sacchetto anti-statico.
2. 5 sacchetti (2500 pezzi) per scatola interna.
3. 10 scatole interne (25.000 pezzi) per scatola esterna master.

6.2 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta del prodotto contiene informazioni chiave per la tracciabilità e l'identificazione, incluso il Numero Parte Cliente (CPN), il Numero Prodotto (P/N), la Quantità di Imballo (QTY), il Numero di Lotto e i codici data (identificatore del mese).

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rilevamento Fotografico ad Alta Velocità:Adatto per collegamenti di comunicazione dati (es. telecomandi IR, encoder ottici, sensori di prossimità) dove è necessario il rilevamento di impulsi rapidi.
• Sistemi di Sicurezza:Può essere utilizzato in fasci di rilevamento intrusioni, rivelatori di fumo o sensori di luce ambientale per il controllo automatico dell'illuminazione.
• Sistemi Fotografici:Applicabile per la misurazione della luce, il controllo automatico dell'esposizione o come sensore di controllo per filtri IR cut.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Polarizzazione:Per la massima velocità di risposta e linearità, far funzionare il fotodiodo in modalità a polarizzazione inversa (fotoconduttiva). Un amplificatore di transimpedenza (TIA) è comunemente utilizzato per convertire la fotocorrente in una tensione.
• Larghezza di Banda vs. Sensibilità:La capacità di giunzione (implicita dalla risposta rapida) e il valore del resistore di carico determineranno la larghezza di banda del circuito. Esiste un compromesso tra larghezza di banda (R più bassa) e sensibilità/tensione di uscita (R più alta).
• Progettazione Ottica:L'angolo di vista di 80° è relativamente ampio. Per il rilevamento direzionale, potrebbe essere necessario un diaframma o un tubo lente per restringere il campo visivo.
• Compensazione della Corrente di Buio:Nelle applicazioni di precisione in condizioni di scarsa luce, la corrente di buio e la sua variazione con la temperatura potrebbero dover essere compensate nel circuito di condizionamento del segnale.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai fotodiodi PN standard, questo fotodiodo PIN offre vantaggi distinti:

• Tempo di Risposta Più Veloce:La regione intrinseca (I) in una struttura PIN riduce la capacità di giunzione, consentendo velocità di commutazione e larghezza di banda maggiori.
• Linearità Migliorata:L'ampia regione intrinseca consente una migliore linearità della fotocorrente rispetto alla potenza della luce incidente su un ampio intervallo.
• Corrente di Buio Inferiore (a tensioni comparabili):Sebbene dipenda dal progetto specifico, la struttura può talvolta consentire correnti di dispersione inferiori.
• Sensibilità ad Ampio Spettro:La lente trasparente, a differenza delle lenti colorate, non filtra la luce visibile, rendendola una scelta versatile per applicazioni che necessitano di risposta dal visibile al vicino-IR.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è la differenza tra l'operare a 470nm rispetto a 940nm?

R: Il fotodiodo è significativamente più sensibile alla sua lunghezza d'onda di picco di 940nm (60 μA tipico vs. 46 μA a 470nm nelle stesse condizioni). Per la massima uscita del segnale, le sorgenti IR attorno a 940nm sono ideali. La risposta a 470nm consente anche l'uso del dispositivo con sorgenti di luce visibile blu/verde.

D2: Posso usare questo fotodiodo senza una tensione di polarizzazione inversa?

R: Sì, può essere utilizzato in modalità fotovoltaica (polarizzazione zero), generando la tensione a circuito aperto (V_OC). Tuttavia, per applicazioni ad alta velocità o per la maggior parte delle applicazioni lineari, si raccomanda la polarizzazione inversa (modalità fotoconduttiva) poiché riduce la capacità di giunzione e migliora il tempo di risposta.

D3: Quanto è critica la regola della distanza di saldatura di 3mm?

R: Molto critica. Il calore eccessivo condotto lungo il terminale può crepare la tenuta epossidica o danneggiare il chip semiconduttore, portando a un guasto immediato o a un'affidabilità a lungo termine ridotta.

D4: Cosa significa la specifica "Angolo di Vista" per il mio progetto?

R: Significa che il fotodiodo rileverà la luce in modo efficace entro un cono di 80° (40° fuori asse in qualsiasi direzione). La luce incidente ad angoli maggiori produrrà un segnale significativamente più debole. Questo è importante per allineare il sensore con una sorgente luminosa o per definire una zona di rilevamento.

10. Esempio Pratico di Utilizzo

Progettare un Semplice Sensore di Prossimità:

Il PD333-3C/H0/L811 può essere accoppiato con un LED a infrarossi (es. che emette a 940nm) per creare un sensore di prossimità o rilevamento oggetti. Il LED IR è pilotato con una corrente pulsata. Il fotodiodo, posizionato vicino al LED ma isolato otticamente, rileva la luce IR riflessa da un oggetto. L'uscita del fotodiodo è collegata a un TIA e poi a un comparatore. Quando non è presente alcun oggetto, il segnale rilevato è basso (solo IR ambientale). Quando un oggetto si avvicina, l'impulso riflesso aumenta il segnale al di sopra di una soglia impostata, attivando il comparatore. Il tempo di risposta rapido del diodo PIN consente un rilevamento rapido e può supportare segnali modulati per respingere le interferenze della luce ambientale.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un fotodiodo PIN è un dispositivo semiconduttore con una struttura a tre strati: P-tipo, Intrinseco (non drogato) e N-tipo (P-I-N). Quando polarizzato inversamente, la regione intrinseca si svuota completamente di portatori di carica, creando un'ampia regione di campo elettrico. I fotoni incidenti sul dispositivo con energia maggiore del bandgap del semiconduttore creano coppie elettrone-lacuna. Il forte campo elettrico nella regione intrinseca spazza rapidamente questi portatori ai rispettivi terminali, generando una fotocorrente proporzionale all'intensità della luce incidente. L'ampia regione intrinseca è la chiave: riduce la capacità di giunzione (consentendo alta velocità) e aumenta il volume in cui i fotoni possono essere assorbiti (migliorando la sensibilità, specialmente per lunghezze d'onda più lunghe come l'IR).

12. Tendenze e Contesto del Settore

Fotodiodi PIN al silicio come il PD333-3C/H0/L811 rimangono componenti fondamentali nell'optoelettronica. Le tendenze attuali del settore includono:

• Miniaturizzazione:Sebbene il package da 5mm sia uno standard a foro passante, c'è una forte spinta verso i package a montaggio superficiale (SMD) (es. 0805, 0603) per l'assemblaggio automatizzato e i design con vincoli di spazio.
• Integrazione:Aumento dell'integrazione del fotodiodo con amplificazione, filtraggio e logica digitale on-chip per creare "sensori ottici intelligenti" che forniscono un'uscita digitale elaborata.
• Prestazioni Potenziate:Lo sviluppo in corso si concentra sull'ulteriore riduzione della corrente di buio, sul miglioramento della sensibilità (responsività) a specifiche lunghezze d'onda e sull'espansione dell'intervallo spettrale verso l'infrarosso più profondo utilizzando materiali come InGaAs.
• Ottimizzazione per Applicazioni Specifiche:I fotodiodi vengono personalizzati per applicazioni emergenti nell'elettronica di consumo (sensori per smartphone, dispositivi indossabili), automobilistico (LiDAR, sensori interni) e automazione industriale (visione artificiale, spettroscopia).

Nonostante queste tendenze, il classico fotodiodo PIN a foro passante continua ad essere ampiamente utilizzato nella prototipazione, nei kit educativi, nei controlli industriali e nelle applicazioni in cui sono apprezzati la robustezza e la facilità di saldatura manuale.

13. Dichiarazione di Non Responsabilità e Note d'Uso

Importanti dichiarazioni di non responsabilità legali e tecniche accompagnano i dati di questo prodotto:

1. Il produttore si riserva il diritto di modificare i materiali del prodotto.
2. Il prodotto soddisfa le specifiche pubblicate per 12 mesi dalla data di spedizione.
3. Grafici e valori tipici sono forniti a titolo di riferimento; non costituiscono limiti minimi o massimi garantiti.
4. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per danni derivanti dal funzionamento al di fuori dei Valori Massimi Assoluti o da un uso improprio.
5. Il contenuto della scheda tecnica è protetto da copyright; la riproduzione richiede il consenso preventivo.
6. Avviso di Sicurezza Importante:Questo prodotto ènon destinatoall'uso in applicazioni militari, aeronautiche, automobilistiche, mediche, di sostegno vitale, di salvataggio o in qualsiasi altra applicazione critica per la sicurezza in cui un guasto potrebbe portare a lesioni o morte umana. Per tali applicazioni, è necessario ottenere un'autorizzazione esplicita.