Ficha Técnica do Fotodíodo PD333-3B/L2 de 5mm - Diâmetro 5mm - Tensão Reversa 32V - Dissipação de Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD333-3B/L2 é um fotodíodo de silício PIN de alta velocidade e alta sensibilidade, alojado num invólucro de plástico padrão com 5mm de diâmetro. A sua função principal é converter luz, particularmente no espectro do infravermelho, numa corrente elétrica. O dispositivo apresenta uma lente de epóxi preta, que melhora a sua sensibilidade à radiação infravermelha, proporcionando também algum filtragem da luz ambiente. Este componente foi concebido para aplicações que requerem tempos de resposta rápidos e desempenho fiável em diversas condições ambientais.

Vantagens Principais:Os pontos fortes deste fotodíodo incluem o seu tempo de resposta rápido, alta fotossensibilidade e baixa capacitância de junção. Estas características tornam-no adequado para detetar variações rápidas na intensidade da luz. O dispositivo também está em conformidade com os regulamentos RoHS e REACH da UE, indicando a utilização de materiais sem chumbo e a adesão a normas de segurança ambiental.

Mercado-Alvo:Este fotodíodo destina-se à indústria eletrónica, especificamente para utilização em sistemas de segurança, ligações de comunicação ótica de alta velocidade, sistemas de medição de luz de câmaras e outras aplicações optoeletrónicas onde é necessária uma deteção de luz precisa e rápida.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é garantida a operação nestas condições.

• Tensão Reversa (VR):32 V. Esta é a tensão de polarização reversa máxima que pode ser aplicada aos terminais do fotodíodo.
• Temperatura de Operação (Topr):-25°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente para operação normal do dispositivo.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +100°C. A gama de temperatura para armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C. A temperatura de pico que o dispositivo pode suportar durante um processo de soldadura, tipicamente por um curto período (ex., 10 segundos).
• Dissipação de Potência (Pc):150 mW a uma temperatura do ar livre igual ou inferior a 25°C. A potência máxima que o dispositivo pode dissipar com segurança.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros são medidos a Ta=25°C e definem o desempenho do dispositivo nas condições de teste especificadas.

• Largura de Banda Espectral (λ0.5):840 nm a 1100 nm. Esta é a gama de comprimentos de onda onde a responsividade do fotodíodo é pelo menos metade do seu valor de pico. Indica sensibilidade principalmente na região do infravermelho próximo.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λP):940 nm (Típico). O comprimento de onda da luz ao qual o fotodíodo é mais sensível.
• Tensão em Circuito Aberto (VOC):0,39 V (Típico). A tensão gerada nos terminais do fotodíodo sob iluminação (Ee=1mW/cm² a λp=940nm) quando nenhuma carga externa está ligada (circuito aberto).
• Corrente de Curto-Circuito (ISC):35 µA (Típico). A corrente que flui através do fotodíodo sob a mesma iluminação quando os terminais estão em curto-circuito.
• Corrente de Luz Reversa (IL):35 µA (Típico, Mín. 25 µA). A corrente que flui quando o fotodíodo está polarizado inversamente (VR=5V) e iluminado. Este é um parâmetro chave para circuitos de fotodeteção.
• Corrente de Escuro Reversa (ID):5 nA (Típico, Máx. 30 nA). A pequena corrente de fuga que flui sob polarização reversa (VR=10V) na ausência total de luz. Valores mais baixos são geralmente melhores para a relação sinal-ruído.
• Tensão de Ruptura Reversa (VBR):Mín. 32 V, Típ. 170 V. A tensão reversa à qual o díodo começa a conduzir fortemente (ruptura). O valor mínimo está alinhado com o Valor Máximo Absoluto.
• Capacitância Total (Ct):18 pF (Típico). A capacitância de junção a VR=5V e f=1MHz. Uma capacitância mais baixa contribui para um tempo de resposta mais rápido.
• Tempo de Subida / Descida (tr / tf):45 ns (Típico). O tempo necessário para o sinal de saída subir de 10% para 90% (ou descer de 90% para 10%) do seu valor final em resposta a uma mudança abrupta na intensidade da luz, medido com VR=10V e RL=100Ω.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram como os parâmetros-chave variam com as condições de operação. Estas são essenciais para o projeto de circuitos.

3.1 Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a dissipação de potência máxima permitida a diminuir à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Os projetistas devem reduzir a capacidade de manuseamento de potência em ambientes de alta temperatura para evitar danos térmicos.

3.2 Sensibilidade Espectral

Este gráfico traça a responsividade normalizada do fotodíodo em função do comprimento de onda. Confirma visualmente a sensibilidade de pico a 940 nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 840 nm a 1100 nm, destacando a sua adequação para aplicações de infravermelhos.

3.3 Corrente de Escuro Reversa vs. Temperatura Ambiente

A corrente de escuro aumenta exponencialmente com a temperatura. Esta curva é crítica para aplicações que operam a temperaturas elevadas, uma vez que o aumento da corrente de escuro eleva o piso de ruído do sistema de deteção.

3.4 Corrente de Luz Reversa vs. Irradiância (Ee)

Este gráfico demonstra a relação linear entre a fotocorrente gerada (IL) e a densidade de potência da luz incidente (irradiância) numa gama especificada. Confirma a resposta fotográfica linear do dispositivo, o que é vital para uma medição precisa da luz.

3.5 Capacitância dos Terminais vs. Tensão Reversa

A capacitância de junção (Ct) diminui à medida que a tensão de polarização reversa (VR) aumenta. Esta curva permite aos projetistas selecionar uma tensão de polarização de operação que otimize o compromisso entre velocidade de resposta (capacitância mais baixa a VR mais alta) e consumo de energia/ruído.

3.6 Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga

Este gráfico mostra como o tempo de subida/descida (tr/tf) varia com a resistência de carga (RL) no circuito de deteção. Tempos de resposta mais rápidos são alcançados com resistências de carga menores, mas isto também reduz a amplitude da tensão de saída. A curva ajuda na seleção de RL para uma largura de banda desejada.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Invólucro

O dispositivo está num invólucro de plástico com terminais radiais e 5mm de diâmetro. O desenho dimensional especifica o diâmetro do corpo, o espaçamento dos terminais, o diâmetro dos terminais e as dimensões gerais. Uma nota indica tolerâncias padrão de ±0,25mm, salvo indicação em contrário no desenho. O cátodo é tipicamente identificado por um terminal mais longo ou por um achatamento na borda do invólucro.

4.2 Identificação da Polaridade

O ânodo está ligado ao terminal mais curto, enquanto o cátodo está ligado ao terminal mais longo. O invólucro também pode ter um lado achatado perto do terminal do cátodo. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem do circuito.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O Valor Máximo Absoluto para a temperatura de soldadura é 260°C. Isto é compatível com perfis padrão de soldadura por refluxo sem chumbo (ex., IPC/JEDEC J-STD-020). O dispositivo não deve ser exposto a esta temperatura por um período prolongado; a duração típica da temperatura de pico de refluxo é de 20-40 segundos. A soldadura manual com um ferro de soldar com controlo de temperatura também é aceitável, desde que o limite de 260°C no terminal não seja excedido. O armazenamento deve ser num ambiente seco e ambiente dentro da gama Tstg especificada de -40°C a +100°C para evitar a absorção de humidade e outras degradações.

6. Informações de Embalagem e Encomenda

A especificação de embalagem padrão é de 200-500 peças por saco, 5 sacos por caixa e 10 caixas por cartão. A etiqueta na embalagem inclui campos para Número de Produto do Cliente (CPN), Número de Produto (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY) e Número de Lote (LOT No). Outros campos como CAT (Classe de Intensidade Luminosa), HUE (Classe de Comprimento de Onda Dominante) e REF (Classe de Tensão Direta) estão listados, mas são mais típicos para LEDs; para este fotodíodo, podem não ser ativamente utilizados para classificação. O número de produto PD333-3B/L2 segue a convenção de nomenclatura interna do fabricante.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Fotodeteção de Alta Velocidade:Utilizado em ligações de dados óticas, leitores de códigos de barras e telémetros a laser onde o tempo de resposta de 45ns é vantajoso.
• Sistemas de Segurança:Integrado em sensores de movimento por infravermelhos passivos (PIR), sensores de interrupção de feixe e cortinas de luz.
• Sistemas de Câmara:Empregue para controlo automático de exposição, monitorização de flash e deteção de filtragem de infravermelhos.
• Sensoriamento Industrial:Deteção de objetos, sensoriamento de bordas e medição de opacidade em equipamentos automatizados.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Polarização:Para a resposta mais rápida, opere o fotodíodo no modo de polarização reversa (fotocondutivo). Um amplificador de transimpedância (TIA) é comumente usado para converter a fotocorrente num sinal de tensão.
• Redução de Ruído:Proteja o dispositivo e o circuito do ruído elétrico. Utilize um amplificador operacional de baixo ruído para o TIA e considere a filtragem para mitigar os efeitos da corrente de escuro, especialmente a altas temperaturas.
• Considerações Óticas:O epóxi preto transmite infravermelhos. Para filtragem de comprimento de onda específica, pode ser necessário um filtro ótico externo adicional. Certifique-se de que a abertura ótica está limpa e devidamente alinhada.
• Seleção da Resistência de Carga:Escolha RL com base na largura de banda necessária (ver curva Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga) e no nível de tensão de saída desejado (Vout = IL * RL).

8. Comparação Técnica

Comparado com fotodíodos padrão ou fototransístores, o PD333-3B/L2 oferece uma combinação equilibrada de velocidade e sensibilidade. A sua estrutura PIN proporciona uma região de depleção mais ampla do que um fotodíodo PN padrão, resultando numa capacitância de junção mais baixa (18 pF típico) para resposta mais rápida e maior eficiência quântica no espectro do infravermelho. O invólucro de 5mm oferece uma área ativa maior do que fotodíodos SMD mais pequenos, recolhendo mais luz para um sinal de saída mais elevado, o que pode ser benéfico em cenários de deteção com pouca luz ou de longo alcance.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a diferença entre a corrente de curto-circuito (ISC) e a corrente de luz reversa (IL)?

R: A ISC é medida com tensão de polarização zero (terminais em curto-circuito), enquanto a IL é medida sob uma polarização reversa aplicada (ex., 5V). A IL é tipicamente muito próxima da ISC para um fotodíodo PIN e é o parâmetro utilizado na maioria dos circuitos de deteção polarizados.

P: Posso usar este fotodíodo para detetar luz visível?

R: Embora tenha alguma sensibilidade no espectro vermelho visível (perto de 700nm), o seu pico está a 940nm (infravermelho). Para um desempenho ótimo com luz visível, um fotodíodo com sensibilidade de pico na gama visível (ex., 550-650nm) seria mais adequado.

P: Como converto a fotocorrente (IL) numa tensão utilizável?

R: O método mais comum é usar um amplificador de transimpedância (TIA). A tensão de saída é Vout = -IL * Rf, onde Rf é a resistência de feedback do TIA. Esta configuração também mantém o fotodíodo numa condição de curto-circuito virtual, minimizando os efeitos da capacitância de junção.

P: O que significa a designação "sem chumbo" e "conforme RoHS"?

R: Indica que o produto é fabricado sem a utilização de chumbo (Pb) e está em conformidade com a diretiva da União Europeia sobre Restrição de Substâncias Perigosas, que restringe materiais perigosos específicos em equipamentos elétricos e eletrónicos.

10. Caso de Uso Prático

Projetando um Sensor de Proximidade por Infravermelhos:O PD333-3B/L2 pode ser emparelhado com um LED infravermelho de 940nm para criar um sensor simples de proximidade ou deteção de objetos. O LED é pulsado a uma frequência específica. O fotodíodo deteta a luz IR refletida. Um circuito com o fotodíodo no modo de polarização reversa, seguido por um TIA e um filtro passa-banda sintonizado para a frequência de pulso do LED, pode extrair eficazmente o sinal refletido fraco do ruído da luz ambiente. O tempo de resposta de 45ns permite modulação de alta frequência, melhorando a imunidade ao ruído e permitindo ciclos de deteção mais rápidos.

11. Princípio de Funcionamento

Um fotodíodo PIN é um dispositivo semicondutor com uma região intrínseca (I) intercalada entre regiões do tipo P e do tipo N. Quando fotões com energia superior ao bandgap do semicondutor atingem o dispositivo, geram pares eletrão-lacuna na região intrínseca. Sob polarização reversa, o campo elétrico através da região intrínseca varre estes portadores de carga para os respetivos terminais, gerando uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. A ampla região intrínseca reduz a capacitância de junção (permitindo resposta mais rápida) e aumenta o volume para absorção de fotões (melhorando a sensibilidade), especialmente para comprimentos de onda mais longos como o infravermelho.

12. Tendências da Indústria

A procura por fotodíodos continua a crescer em áreas como a automação industrial, LiDAR automóvel, eletrónica de consumo (ex., sensores de proximidade de smartphones) e sensoriamento biomédico. As tendências incluem uma maior miniaturização para invólucros de escala de chip (CSP), integração com circuitos de amplificação e processamento de sinal no próprio chip, e o desenvolvimento de fotodíodos para bandas de comprimento de onda específicas (ex., para sensoriamento de gases). Há também um foco na melhoria de métricas de desempenho, como corrente de escuro mais baixa, maior velocidade e maior fiabilidade em condições ambientais adversas. O PD333-3B/L2 representa um componente maduro e fiável nesta paisagem em evolução, bem adequado para aplicações de alto volume e sensíveis ao custo que requerem deteção robusta de infravermelhos.