Ficha Técnica do Fotodiodo PD204-6B - Diâmetro 3mm - Tensão Reversa 32V - Sensibilidade de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD204-6B é um fotodiodo PIN de silício de alto desempenho, projetado para aplicações que exigem resposta rápida e alta sensibilidade à luz no espectro visível e infravermelho próximo. Alojado num encapsulamento plástico preto padrão de 3mm de diâmetro, este dispositivo foi concebido para fornecer capacidades de deteção óptica fiáveis. A sua resposta espectral é especificamente adaptada para complementar díodos emissores de luz visível e infravermelha (IREDs), tornando-o um componente recetor ideal em sistemas optoeletrónicos. O dispositivo é construído com materiais sem chumbo e está em conformidade com as regulamentações ambientais relevantes, garantindo adequação para a fabricação eletrónica moderna.

2. Características Principais e Vantagens

O PD204-6B distingue-se através de várias características de desempenho críticas que atendem a aplicações de sensoriamento exigentes.

• Tempo de Resposta Rápido:O dispositivo apresenta um tempo de subida/descida típico de 6 nanossegundos (sob condições de teste especificadas de VR=10V, RL=100Ω), permitindo-lhe detetar mudanças rápidas na intensidade da luz. Isto é crucial para aplicações envolvendo transmissão de dados, deteção de objetos e medições sensíveis ao tempo.
• Alta Sensibilidade Fotoelétrica:Com uma corrente de curto-circuito (I_SC) típica de 3,0 μA sob uma irradiância de 1 mW/cm² a 940nm, o fotodiodo fornece um sinal elétrico forte a partir de baixos níveis de luz, melhorando a relação sinal-ruído e a fiabilidade do sistema.
• Pequena Capacitância de Junção:Uma capacitância total (C_t) típica baixa de 5 pF a VR=5V e 1MHz contribui para o tempo de resposta rápido e permite a operação em circuitos de maior largura de banda sem degradação significativa do sinal.
• Construção Robusta:O dispositivo apresenta uma lente preta, que ajuda a minimizar interferências indesejadas da luz ambiente, e é encapsulado num formato durável e padrão da indústria de 3mm.
• Conformidade Ambiental:O produto é sem chumbo e concebido para permanecer em conformidade com os regulamentos RoHS e REACH da UE, atendendo aos padrões ambientais e de segurança globais.

3. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

Compreender as especificações elétricas e ópticas é essencial para um projeto e integração adequados do circuito.

3.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação deve ser sempre mantida dentro destes limites.

• Tensão Reversa (V_R):32 V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada em polarização reversa através dos terminais do fotodiodo.
• Dissipação de Potência (P_C):150 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre. Esta especificação diminui com o aumento da temperatura ambiente, como mostrado na curva de derating.
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C. O dispositivo é especificado para funcionar corretamente nesta ampla faixa de temperatura industrial.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C. Isto orienta os parâmetros do processo de soldagem por refluxo.

3.2 Características Eletro-Ópticas (Ta=25°C)

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação. Os valores típicos representam o centro da distribuição, enquanto os valores mínimos e máximos definem os limites garantidos.

• Resposta Espectral:O fotodiodo é sensível numa gama de aproximadamente 840 nm a 1100 nm (nos pontos de resposta relativa de 0,5), com uma sensibilidade de pico (λ_P) a 940 nm. Isto torna-o perfeitamente adequado para emparelhar com LEDs infravermelhos de 940nm.
• Geração de Fotocorrente:
  • Corrente de Curto-Circuito (I_SC):Típ. 3,0 μA a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Esta é a corrente gerada com tensão zero através do díodo (modo fotovoltaico).
  • Corrente Luminosa Reversa (I_L):Mín. 1,0 μA, Típ. 3,0 μA a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V. Esta é a corrente quando o díodo está polarizado inversamente, que é o modo de operação mais comum para velocidade e linearidade.
• Corrente de Escuridão (I_D):Máx. 10 nA a V_R=10V, E_e=0mW/cm². Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando não há luz presente. Uma baixa corrente de escuridão é crítica para detetar sinais de luz fracos.
• Tensão de Circuito Aberto (V_OC):Típ. 0,42 V a E_e=1mW/cm², λ_p=940nm. Esta é a tensão gerada através de um circuito aberto sob iluminação.
• Capacitância (C_t):Típ. 5 pF a V_R=5V, f=1MHz. Esta capacitância de junção afeta a constante de tempo RC e, portanto, a largura de banda do circuito de deteção.
• Velocidade de Resposta (t_r/t_f):Típ. 6 ns a V_R=10V, R_L=100Ω. Define a rapidez com que a corrente de saída pode seguir uma mudança na luz de entrada.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Os dados gráficos fornecem uma visão de como os parâmetros variam com as condições de operação.

4.1 Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente

A curva de derating mostra que a dissipação de potência máxima permitida diminui linearmente à medida que a temperatura ambiente sobe acima de 25°C. Os projetistas devem garantir que o ponto de operação (tensão reversa * fotocorrente + corrente de escuridão) não exceda esta curva para evitar sobrecarga térmica.

4.2 Sensibilidade Espectral

A curva de resposta espectral ilustra a sensibilidade relativa do fotodiodo em função do comprimento de onda. Confirma o pico a 940nm e a largura de banda útil de aproximadamente 840nm a 1100nm. O material da lente preta molda esta resposta, filtrando alguns comprimentos de onda mais curtos.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

O PD204-6B utiliza um encapsulamento radial padrão com terminais, de 3mm de diâmetro.

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O desenho dimensional fornece medições críticas para o projeto da pegada na PCB e integração mecânica. As dimensões principais incluem o diâmetro total (3mm), espaçamento dos terminais, diâmetro dos terminais e altura do componente. Todas as tolerâncias não especificadas são ±0,25mm. O cátodo é tipicamente identificado por um terminal mais longo ou por um ponto plano na borda do encapsulamento.

5.2 Identificação da Polaridade

A polaridade correta é essencial. O dispositivo é um díodo. O ânodo é tipicamente o terminal mais curto ou o terminal adjacente ao lado plano do encapsulamento. A aplicação de polarização reversa (tensão positiva para o cátodo, negativa para o ânodo) é a condição de operação padrão para o modo fotocondutor.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

• Soldagem por Refluxo:A temperatura máxima de soldagem é especificada como 260°C. Os perfis de refluxo por infravermelhos ou convecção padrão para montagens sem chumbo são aplicáveis. O tempo acima do líquido deve ser controlado de acordo com os padrões da indústria para evitar danos ao encapsulamento.
• Soldagem Manual:Se a soldagem manual for necessária, use um ferro com controle de temperatura. Limite o tempo de contacto a menos de 3 segundos por terminal a uma temperatura não superior a 350°C para evitar tensão térmica no encapsulamento plástico e no chip semicondutor interno.
• Limpeza:Use agentes de limpeza compatíveis com o material epóxi plástico preto. Evite a limpeza ultrassónica, a menos que seja verificada como segura para o componente.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e inerte dentro da faixa de temperatura especificada de -40°C a +100°C. Use dentro de 12 meses a partir da data de envio para garantir conformidade com as especificações publicadas.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificação da Embalagem

O produto é embalado em sacos antiestáticos. A quantidade de embalagem padrão é de 200 a 1000 peças por saco. Quatro sacos são embalados numa caixa interna, e uma caixa interna é enviada numa caixa externa.

7.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta do saco contém informações essenciais de rastreabilidade e produto, incluindo o Número da Peça (P/N), quantidade (QTY), número do lote (LOT No.) e código de data. O produto não é classificado ou selecionado para parâmetros específicos como intensidade luminosa ou comprimento de onda; é fornecido de acordo com a tabela de características eletro-ópticas padrão.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O PD204-6B é comumente usado em duas configurações de circuito principais:

1. Modo Fotocondutor (Polarização Reversa):Este é o modo preferido para operação de alta velocidade e linear. Uma tensão de polarização reversa (por exemplo, 5V a 10V, mantendo-se abaixo de V_R=32V) é aplicada. A fotocorrente (I_L) flui através de um resistor de carga (R_L). A queda de tensão em R_Lé o sinal de saída. Um R_Lmenor dá uma resposta mais rápida, mas uma saída de tensão mais baixa. Um amplificador de transimpedância (TIA) é frequentemente usado para converter a fotocorrente numa tensão com alto ganho e largura de banda.
2. Modo Fotovoltaico (Polarização Zero):O fotodiodo é conectado diretamente a uma carga de alta impedância (como a entrada de um amplificador operacional). Gera uma tensão (V_OC) proporcional à intensidade da luz. Este modo oferece baixo ruído, mas tem resposta mais lenta e é menos linear.

8.2 Considerações de Projeto

• Polarização:Para melhor velocidade e linearidade, opere em polarização reversa. Certifique-se de que a tensão de polarização mais qualquer tensão de sinal não exceda o máximo de 32V.
• Largura de Banda e Carga:A capacitância total (fotodiodo + entrada do amplificador) e a resistência de carga formam o polo dominante que limita a largura de banda (BW ≈ 1/(2πRC)). Escolha R_Lou o resistor de feedback do TIA de acordo.
• Rejeição de Luz Ambiente:A lente preta ajuda, mas para ambientes com alta luz ambiente, considere filtragem óptica (por exemplo, um filtro passa-banda de 940nm) e modular a fonte de IR com deteção síncrona.
• Layout da PCB:Mantenha o fotodiodo próximo à entrada do amplificador para minimizar capacitância parasita e captação de ruído. Use um plano de terra para blindagem. Faça um bypass da fonte de polarização com um capacitor próximo ao dispositivo.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com fototransístores, o fotodiodo PIN PD204-6B oferece tempos de resposta significativamente mais rápidos (nanossegundos vs. microssegundos) e melhor linearidade numa ampla gama de intensidade de luz. Não tem ganho interno, o que resulta em menor corrente de saída, mas também menor dependência da temperatura e desempenho mais previsível. Comparado com outros fotodiodos, a sua combinação de encapsulamento de 3mm, sensibilidade de pico de 940nm, tensão reversa de 32V e alta velocidade torna-o uma escolha versátil para sensoriamento IR de propósito geral.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a diferença entre I_SCe I_L?

R: I_SC(Corrente de Curto-Circuito) é medida com zero volts através do díodo. I_L(Corrente Luminosa Reversa) é medida com uma tensão de polarização reversa especificada aplicada. I_Lé tipicamente muito próximo de I_SCe é o parâmetro usado para projeto no modo comum de polarização reversa.

P: Como converto a fotocorrente numa tensão utilizável?

R: O método mais simples é um resistor de carga (V_out= I_L* R_L). Para melhor desempenho, use um amplificador de transimpedância, que fornece um terra virtual de baixa impedância no cátodo do fotodiodo, maximizando a velocidade e linearidade, e dá V_out= -I_L* R_feedback.

P: Posso usar isto com uma fonte de luz visível?

R: Sim, mas com sensibilidade reduzida. A curva de resposta espectral mostra que é sensível até comprimentos de onda visíveis, mas o seu pico está no infravermelho. Para desempenho ideal com uma fonte visível, um fotodiodo com pico no espectro visível (por exemplo, 550-650nm) seria mais adequado.

P: Qual é o propósito do teste de tensão de ruptura reversa (V_BR)?

R: É um teste de qualidade e robustez, indicando a tensão na qual o díodo entra em ruptura por avalanche. A operação normal deve estar sempre bem abaixo deste valor (tipicamente usando V_Rde 5V-10V).

11. Exemplos Práticos de Aplicação

Exemplo 1: Sensor de Proximidade de Objeto numa Porta Automática.Um LED IR (940nm) e o PD204-6B são colocados em ambos os lados de uma entrada. Quando o feixe não é interrompido, uma fotocorrente estável é detetada. Quando uma pessoa interrompe o feixe, a queda na fotocorrente aciona o mecanismo de abertura da porta. A resposta rápida do PD204-6B garante deteção imediata.

Exemplo 2: Deteção de Papel numa Fotocopiadora.O fotodiodo pode ser usado para detetar a presença ou ausência de papel refletindo um feixe IR na superfície do papel. A alta sensibilidade permite que funcione com papéis de baixa refletividade, e o pequeno encapsulamento cabe em espaços apertados.

Exemplo 3: Ligação de Dados Simples.Modulando um LED IR a uma frequência dentro da largura de banda do fotodiodo (que pode ser de vários MHz com um projeto de circuito adequado), o PD204-6B pode ser usado para comunicação sem fio de curto alcance e baixa taxa de dados, como em controlos remotos ou telemetria de sensores.

12. Princípio de Funcionamento

Um fotodiodo PIN é um dispositivo semicondutor com uma região intrínseca (I) larga e levemente dopada, intercalada entre regiões do tipo P e do tipo N. Quando fotões com energia maior que o bandgap do semicondutor são absorvidos na região intrínseca, criam pares eletrão-lacuna. Sob a influência de um potencial interno incorporado (no modo fotovoltaico) ou de um campo elétrico de polarização reversa aplicado (no modo fotocondutor), estes portadores de carga são separados, gerando uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. A região intrínseca larga reduz a capacitância de junção (permitindo alta velocidade) e aumenta o volume para absorção de fotões (melhorando a sensibilidade).

13. Tendências e Contexto da Indústria

Fotodiodos como o PD204-6B são componentes fundamentais no campo crescente da optoeletrónica e sensoriamento. As tendências incluem uma maior integração com amplificação e condicionamento de sinal no próprio chip (por exemplo, em sensores ópticos integrados), demandas por maior velocidade para suportar LiDAR e comunicações ópticas, e requisitos para tamanhos de encapsulamento menores para eletrónica de consumo e dispositivos IoT. Há também um impulso contínuo para melhorar o desempenho em faixas de temperatura mais amplas e menor consumo de energia. Dispositivos com pegadas padrão e desempenho bem caracterizado, como este, permanecem essenciais para uma vasta gama de aplicações de sensoriamento industrial, comercial e automotivo, onde a fiabilidade e a relação custo-benefício são primordiais.

Aviso Legal: A informação fornecida neste documento é para referência técnica. Os projetistas devem verificar todos os parâmetros nas suas condições específicas de aplicação. As especificações máximas absolutas não devem ser excedidas. O fabricante não assume qualquer responsabilidade por aplicações não conformes com as especificações fornecidas.