Ficha Técnica do Fotodiodo PD333-3B/L1 5mm - Diâmetro 5mm - Tensão Reversa 32V - Lente Preta - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD333-3B/L1 é um fotodiodo PIN de silício de alta velocidade e alta sensibilidade, encapsulado em uma embalagem plástica padrão de 5mm de diâmetro. Sua função principal é converter luz incidente, particularmente no espectro infravermelho, em corrente elétrica. O dispositivo possui uma lente de epóxi preta, que aumenta sua sensibilidade à radiação infravermelha enquanto minimiza a resposta à luz visível. Isso o torna particularmente adequado para aplicações que requerem detecção na faixa do infravermelho próximo. As principais vantagens deste componente incluem seu tempo de resposta rápido, alta fotossensibilidade e baixa capacitância de junção, características críticas para a detecção de sinais de alta velocidade. Ele é projetado como um componente livre de chumbo (Pb-free) e está em conformidade com regulamentações ambientais relevantes, como RoHS e REACH da UE.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

O dispositivo foi projetado para operar de forma confiável dentro dos limites especificados. Exceder essas especificações pode causar danos permanentes.

• Tensão Reversa (V_R):32 V - A tensão de polarização reversa máxima que pode ser aplicada aos terminais do fotodiodo.
• Temperatura de Operação (T_opr):-25°C a +85°C - A faixa de temperatura ambiente para operação normal.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C - A faixa de temperatura para armazenamento sem operação.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C - A temperatura de pico que o dispositivo pode suportar durante os processos de soldagem.
• Dissipação de Potência (P_c):150 mW - A potência máxima que o dispositivo pode dissipar a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do fotodiodo sob condições padrão de teste (Ta=25°C).

• Largura de Banda Espectral (λ_0.5):840 nm a 1100 nm - A faixa de comprimento de onda onde a responsividade é pelo menos metade do seu valor de pico.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λ_P):940 nm (Típico) - O comprimento de onda da luz ao qual o fotodiodo é mais sensível.
• Tensão de Circuito Aberto (V_OC):0,44 V (Típico) - A tensão gerada nos terminais em circuito aberto quando iluminado (E_e=5 mW/cm², λ_p=940nm).
• Corrente de Curto-Circuito (I_SC):10 µA (Típico) - A corrente que flui quando os terminais estão em curto-circuito sob iluminação (E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm).
• Corrente Luminosa Reversa (I_L):Mín. 15 µA - A fotocorrente gerada sob polarização reversa (V_R=5V, E_e=1 mW/cm², λ_p=940nm). Este é um parâmetro chave para detecção de sinal.
• Corrente de Escuro Reversa (I_D):Máx. 30 nA - A pequena corrente de fuga que flui sob polarização reversa na ausência total de luz (V_R=10V). Um valor mais baixo é desejável para uma melhor relação sinal-ruído.
• Tensão de Ruptura Reversa (V_BR):Mín. 32 V, Típ. 170 V - A tensão reversa na qual a junção entra em ruptura e a corrente aumenta abruptamente.
• Capacitância Total (C_t):6,0 pF (Típico) - A capacitância de junção sob polarização reversa (V_R=5V, f=1MHz). Uma capacitância baixa é crucial para operação em alta velocidade.
• Tempo de Subida/Descida (t_r/t_f):10 ns (Típico) - O tempo necessário para o sinal de saída subir de 10% para 90% (ou cair de 90% para 10%) do seu valor final (V_R=10V, R_L=100Ω). Isso define a velocidade máxima de comutação.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

O PD333-3B/L1 é classificado em diferentes bins com base no seu desempenho de Corrente Luminosa Reversa (I_L) sob condições específicas de teste (E_e=1mW/cm², λ_p=940nm, V_R=5V). Isso permite que os projetistas selecionem componentes com desempenho consistente para sua aplicação.

A ficha técnica também observa tolerâncias padrão: Intensidade Luminosa ±10%, Comprimento de Onda Dominante ±1nm e Tensão Direta ±0,1V, embora as duas últimas sejam mais relevantes para LEDs do que para este fotodiodo.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo sob diferentes condições. Elas são essenciais para o projeto de circuitos e previsão de desempenho.

4.1 Sensibilidade Espectral

A curva de resposta espectral mostra a sensibilidade relativa do dispositivo em diferentes comprimentos de onda. Ela atinge o pico em 940 nm (infravermelho) e tem resposta significativa de aproximadamente 840 nm a 1100 nm. Isso confirma sua adequação para sistemas baseados em IR, como controles remotos e sensores de proximidade.

4.2 Dependência da Temperatura

São fornecidas curvas mostrando a relação entre a Corrente de Escuro Reversa e a Temperatura Ambiente, e entre a Dissipação de Potência versus Temperatura Ambiente. A corrente de escuro normalmente aumenta com a temperatura, o que pode afetar o piso de ruído em aplicações sensíveis. A curva de derating de potência mostra como a dissipação de potência máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente sobe acima de 25°C.

4.3 Características Elétricas

Os gráficos principais incluem:

• Corrente Luminosa Reversa vs. Irradiância (E_e):Mostra a relação linear entre a fotocorrente gerada e a densidade de potência da luz incidente, uma propriedade fundamental dos fotodiodos.
• Capacitância dos Terminais vs. Tensão Reversa:Demonstra como a capacitância de junção diminui com o aumento da tensão de polarização reversa. Operar com uma tensão reversa mais alta (dentro dos limites) pode melhorar a velocidade ao reduzir a capacitância.
• Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga:Ilustra como o tempo de subida/descida é afetado pelo resistor de carga (R_L) no circuito. Um R_L menor geralmente leva a uma resposta mais rápida, mas a uma amplitude de tensão de saída menor.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo utiliza uma embalagem plástica redonda padrão de 5mm de diâmetro. O desenho das dimensões da embalagem fornece medidas críticas para o projeto do footprint na PCB e integração mecânica. As dimensões principais incluem o diâmetro total (5mm), espaçamento dos terminais e altura do componente. O desenho especifica uma tolerância geral de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. A embalagem possui dois terminais axiais para conexão elétrica. O corpo de epóxi preto atua como lente e filtro IR. A identificação correta da polaridade deve ser baseada no diagrama de terminais da ficha técnica; normalmente, o cátodo é indicado por um terminal mais longo, um ponto plano na embalagem ou uma marcação específica.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O componente é classificado para uma temperatura máxima de soldagem de 260°C. Perfis padrão de soldagem por refluxo ou por onda para processos sem chumbo podem ser usados, garantindo que a temperatura de pico e o tempo acima do líquido sejam controlados para evitar danos térmicos. A soldagem manual deve ser realizada rapidamente com um ferro de soldar com controle de temperatura. Recomenda-se armazenar os componentes em um ambiente seco para evitar a absorção de umidade, o que poderia causar problemas durante a soldagem (efeito "popcorn").

7. Informações de Embalagem e Pedido

A especificação de embalagem padrão é de 500 peças por saco, 5 sacos por caixa e 10 caixas por cartucho, totalizando 25.000 peças por cartucho. O rótulo na embalagem inclui campos para Número do Produto do Cliente (CPN), Número do Produto (P/N), Quantidade da Embalagem (QTY) e classificações de desempenho relevantes (CAT para intensidade, etc.), juntamente com Número do Lote e codificação de data para rastreabilidade.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Detecção Fotoelétrica de Alta Velocidade:Adequado para transmissão de dados por fibra óptica, leitores de código de barras e codificadores ópticos devido ao seu tempo de resposta de 10ns.
• Sistemas de Segurança:Pode ser usado em feixes de detecção de intrusão, detectores de fumaça ou como receptor para comunicação de segurança baseada em IR.
• Aplicações em Câmeras:Útil para fotometria, sistemas auxiliares de foco automático ou como monitor de filtro de corte IR.
• Sensoriamento Industrial:Detecção de objetos, contagem e sensoriamento de posição em equipamentos automatizados.

8.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Polarização:O fotodiodo pode ser usado no modo fotovoltaico (polarização zero) para aplicações de baixo ruído ou no modo fotocondutivo (polarização reversa) para maior velocidade e linearidade. A tensão reversa máxima de 32V permite uma ampla gama de escolhas de polarização.
• Amplificação:A corrente de saída é pequena (microamperes), portanto, um amplificador de transimpedância (TIA) é quase sempre necessário para converter a corrente em um sinal de tensão utilizável.
• Ruído:Para aplicações sensíveis, considere a corrente de escuro e sua dependência da temperatura. Blindagem e um layout cuidadoso da PCB são necessários para minimizar a captação de ruído elétrico.
• Filtragem Óptica:O epóxi preto fornece alguma filtragem, mas para seleção específica de comprimento de onda, pode ser necessário um filtro óptico passa-banda adicional.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a fotodiodos genéricos, o PD333-3B/L1 oferece uma combinação equilibrada de velocidade (10ns), sensibilidade (mín. 15µA @ condições especificadas) e uma robusta classificação de tensão reversa de 32V em uma embalagem comum de 5mm. Sua construção de silício e estrutura PIN proporcionam um bom equilíbrio entre custo, velocidade e sensibilidade para aplicações de infravermelho próximo. Alternativas podem incluir fotodiodos com embalagens menores para projetos com restrições de espaço, aqueles com respostas espectrais diferentes (ex.: luz visível) ou fotodiodos de avalanche (APDs) para aplicações que requerem ganho interno, embora os APDs sejam mais complexos e caros.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre o modo fotovoltaico e o fotocondutivo?

R: No modo fotovoltaico (polarização zero), o fotodiodo gera sua própria tensão/corrente, oferecendo corrente de escuro e ruído muito baixos. No modo fotocondutivo (polarização reversa), uma tensão externa é aplicada, o que reduz a capacitância de junção (aumentando a velocidade) e melhora a linearidade, ao custo de uma corrente de escuro ligeiramente maior.

P: Como escolho o bin correto?

R: Selecione um bin com base na corrente de sinal mínima necessária para sua aplicação. Usar um bin mais alto garante um sinal mais forte, mas pode ter implicações de custo. Para consistência na produção, especifique um único bin.

P: Este fotodiodo pode ser usado para detecção de luz visível?

R: Embora tenha alguma resposta no espectro vermelho visível, seu pico está em 940nm (IR), e o epóxi preto atenua a luz visível. Para detecção primária de luz visível, um fotodiodo com lente transparente ou específica para cor e um comprimento de onda de pico na faixa visível seria mais apropriado.

P: Qual valor de resistor de carga (R_L) devo usar?

R: Depende da velocidade e do nível de sinal necessários. Um R_L menor (ex.: 50Ω) fornece resposta mais rápida, mas uma saída de tensão menor (Vout = I_ph* R_L). Um R_L maior fornece uma tensão maior, mas resposta mais lenta devido à constante de tempo RC formada com a capacitância do diodo. Consulte a curva "Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga".

11. Caso Prático de Projeto

Caso: Sensor Simples de Detecção de Objetos

Um uso comum é um sensor de feixe interrompido. Um LED IR emitindo em 940nm é colocado em frente ao fotodiodo PD333-3B/L1. O fotodiodo é operado no modo fotocondutivo com uma polarização reversa de 5V através de um resistor de carga (ex.: 10kΩ). Sob condições normais, a luz IR atinge o diodo, gerando uma fotocorrente e criando uma queda de tensão no resistor. Quando um objeto interrompe o feixe, a fotocorrente cai significativamente, causando uma grande mudança na tensão no resistor. Este sinal de tensão pode ser enviado para um comparador para gerar uma interrupção digital para um microcontrolador. O tempo de resposta de 10ns é muito mais rápido do que o necessário para esta aplicação, mas a alta sensibilidade garante operação confiável mesmo com fontes IR mais fracas ou a distâncias maiores.

12. Princípio de Funcionamento

Um fotodiodo PIN é um dispositivo semicondutor com uma região intrínseca (I) intercalada entre regiões do tipo P e do tipo N. Quando fótons com energia maior que a banda proibida do semicondutor atingem o dispositivo, eles criam pares elétron-lacuna na região intrínseca. Sob a influência de um potencial interno embutido (modo fotovoltaico) ou de uma polarização reversa aplicada (modo fotocondutivo), esses portadores de carga são separados, criando uma fotocorrente mensurável que é proporcional à intensidade da luz incidente. A ampla região intrínseca em uma estrutura PIN reduz a capacitância de junção em comparação com um fotodiodo PN padrão, permitindo operação em alta velocidade.

13. Tendências da Indústria

A demanda por fotodiodos continua a crescer em áreas como eletrônicos de consumo (sensores de smartphones, wearables), automotivo (LiDAR, monitoramento do motorista), automação industrial e comunicação (data centers). As tendências incluem maior miniaturização em embalagens de escala de chip, integração com circuitos de amplificação e processamento de sinal no próprio chip, desenvolvimento de fotodiodos para novas faixas de comprimento de onda (ex.: infravermelho de onda curta) e aprimoramento de parâmetros de desempenho como menor ruído e maior velocidade para atender aos requisitos de tecnologias emergentes.