Ficha Técnica do Fotodíodo PD333-3C/H0/L2 de 5mm - Diâmetro 5mm - Tensão Reversa 32V - Sensibilidade de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD333-3C/H0/L2 é um fotodíodo de silício PIN de alta velocidade e alta sensibilidade, encapsulado num invólucro plástico padrão de 5mm de diâmetro. Este dispositivo foi concebido para aplicações que requerem deteção óptica rápida, aproveitando a sua pequena capacitância de junção e tempo de resposta rápido. A utilização de epóxi transparente como material da lente torna-o sensível a um amplo espetro, incluindo radiação visível e infravermelha, com uma sensibilidade de pico especificamente na região do infravermelho próximo. Os seus principais objetivos de projeto são fornecer um desempenho fiável em soluções de sensoriamento compactas e de baixo custo.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise objetiva dos principais parâmetros elétricos e ópticos especificados na ficha técnica.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

O dispositivo é classificado para uma tensão reversa máxima (VR) de 32V, que define o limite superior da tensão de polarização que pode ser aplicada sem risco de dano permanente. A faixa de temperatura de operação (Topr) é de -25°C a +85°C, adequada para a maioria dos ambientes comerciais e industriais. O armazenamento pode ocorrer numa faixa mais ampla, de -40°C a +100°C. A temperatura de soldagem (Tsol) é especificada em 260°C, que é uma temperatura de pico padrão para processos de reflow sem chumbo. A dissipação de potência (Pc) é de 150 mW a 25°C ou abaixo da temperatura ambiente, um parâmetro crucial para a gestão térmica no circuito de aplicação.

2.2 Características Eletro-Ópticas

A resposta espectral é ampla, cobrindo uma largura de banda (λ0.5) de 400 nm a 1100 nm, com um comprimento de onda típico de sensibilidade de pico (λP) em 940 nm. Isto torna-o ideal para aplicações de sensoriamento infravermelho, como aquelas que utilizam LEDs IR de 850nm ou 940nm. Os parâmetros de sensibilidade chave incluem uma tensão de circuito aberto típica (VOC) de 0,39V e uma corrente de curto-circuito (ISC) de 40 μA, ambos medidos sob uma irradiância (Ee) de 1 mW/cm² a 940nm. Sob uma polarização reversa de 5V, a corrente luminosa reversa típica (IL) é de 40 μA sob a mesma condição de irradiância. A corrente de escuro reversa (ID), um parâmetro crítico para o desempenho em baixa luminosidade, é tipicamente de 5 nA a VR=10V, com um máximo de 30 nA. A capacitância total da junção (Ct) é tipicamente de 18 pF a VR=5V e 1 MHz, o que influencia diretamente a velocidade do dispositivo. Os tempos de subida e descida (tr/tf) são tipicamente de 45 ns cada quando medidos com VR=10V e um resistor de carga (RL) de 100Ω, confirmando a sua capacidade de alta velocidade. O ângulo de visão (2θ1/2) é de 80 graus.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas de desempenho típicas que ilustram como os principais parâmetros variam com as condições de operação. Estas curvas são essenciais para que os engenheiros de projeto prevejam o desempenho no mundo real.

3.1 Sensibilidade Espectral

A curva de sensibilidade espectral mostra a responsividade relativa do fotodíodo ao longo dos comprimentos de onda, aproximadamente de 400 nm a 1100 nm. A curva atinge o pico acentuadamente por volta de 940 nm, confirmando a sua otimização para luz infravermelha próxima. A sensibilidade cai significativamente no visível profundo e além de 1100 nm.

3.2 Dependência da Temperatura

Duas curvas destacam os efeitos da temperatura: Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente e Corrente de Escuro Reversa vs. Temperatura Ambiente. A curva de derating da dissipação de potência mostra como a potência máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. A curva da corrente de escuro demonstra que a ID aumenta exponencialmente com a temperatura, uma característica comum das junções semicondutoras. Isto é crítico para aplicações que operam a temperaturas elevadas, uma vez que o aumento da corrente de escuro eleva o piso de ruído.

3.3 Linearidade e Resposta Dinâmica

A curva Corrente Luminosa Reversa vs. Ee ilustra a linearidade do fotodíodo. Ao longo de uma faixa especificada de irradiância, a fotocorrente (IL) deve aumentar linearmente com a potência óptica incidente. A curva Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga mostra como o tempo de subida/descida (tr/tf) aumenta com uma maior resistência de carga (RL). Para aplicações de alta velocidade, um resistor de carga de baixo valor (como os 100Ω usados na especificação) é necessário, embora produza uma oscilação de tensão de saída menor.

3.4 Capacitância vs. Tensão

A curva Capacitância Terminal vs. Tensão Reversa mostra que a capacitância da junção (Ct) diminui à medida que a tensão de polarização reversa aumenta. Isto deve-se ao alargamento da região de depleção. Aplicar uma polarização reversa mais elevada (dentro dos limites) pode, assim, melhorar a velocidade ao reduzir a capacitância, ao custo de uma potencial corrente de escuro mais elevada.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Invólucro

O dispositivo utiliza um invólucro radial com terminais padrão de 5mm (T-1 3/4). O desenho dimensional detalhado especifica o diâmetro, o espaçamento dos terminais, o comprimento dos terminais e a forma da lente. Uma nota importante especifica que as tolerâncias dimensionais são de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. O ânodo e o cátodo são identificados, sendo o terminal mais longo tipicamente o ânodo (lado positivo no modo fotovoltaico).

4.2 Identificação da Polaridade

A polaridade é indicada pelo comprimento do terminal. O terminal mais longo é o ânodo (lado P) e o terminal mais curto é o cátodo (lado N). Quando operado no modo fotocondutor (polarização reversa), o cátodo deve ser ligado à tensão de alimentação positiva.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação máxima absoluta para a temperatura de soldagem é de 260°C. Isto está alinhado com os perfis de reflow sem chumbo comuns. Durante a soldagem manual, deve-se ter cuidado para minimizar o tempo de exposição ao calor, a fim de evitar danos ao invólucro plástico e à lente de epóxi. O dispositivo deve ser armazenado em condições dentro da faixa de temperatura de armazenamento especificada (-40°C a +100°C) e num ambiente seco para evitar a absorção de humidade, o que poderia afetar a fiabilidade durante o reflow.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Especificação da Embalagem

O método de embalagem padrão é: 200-500 peças por saco, 5 sacos por caixa interna e 10 caixas internas por caixa mestra (externa).

6.2 Especificação do Rótulo

O rótulo na embalagem contém vários campos: CPN (Número do Produto do Cliente), P/N (Número do Produto), QTY (Quantidade da Embalagem), LOT No. (Número do Lote para rastreabilidade) e códigos de data. Isto facilita a gestão de inventário e a rastreabilidade.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

A ficha técnica lista: Deteção fotoelétrica de alta velocidade, Sistemas de segurança e Câmaras. Especificamente, este fotodíodo é bem adequado para:

• Recetores de Controlo Remoto por Infravermelhos:Emparelhado com um LED IR de 940nm e um CI de demodulação.
• Codificadores Ópticos:Para sensoriamento de velocidade e posição em impressoras, motores ou equipamento industrial.
• Sensoriamento de Luz Ambiente (ALS):Para controlo da retroiluminação de ecrãs em dispositivos, embora a sua sensibilidade ao IR possa exigir filtragem para uma medição precisa da luz visível.
• Deteção Simples de Objetos:Em conjunto com uma fonte de luz IR para sensoriamento de proximidade ou sensores de feixe interrompido.
• Oximetria de Pulso (em dispositivos médicos, com qualificações apropriadas):Sensoriamento de luz vermelha e IR, embora seja necessária certificação médica.

7.2 Considerações de Projeto

Configuração da Polarização:Para resposta linear ou de alta velocidade, utilize o fotodíodo no modo fotocondutor (polarização reversa). Um circuito de amplificador de transimpedância (TIA) é comumente usado para converter a fotocorrente numa tensão. O resistor e o capacitor de realimentação no TIA devem ser escolhidos com base na largura de banda desejada e na capacitância do fotodíodo (18 pF típico).

Minimização de Ruído:Mantenha os terminais do fotodíodo curtos e utilize um layout protegido para minimizar a capacitância parasita e a captação de interferência eletromagnética. Para aplicações de baixa luminosidade, considere arrefecer o dispositivo para reduzir o ruído da corrente de escuro.

Considerações Ópticas:A lente transparente admite luz visível e IR. Se apenas for desejada deteção de IR, pode ser adicionado um filtro passa-IR para bloquear a luz visível e reduzir o ruído de fontes visíveis ambientais. O ângulo de visão de 80 graus proporciona um amplo campo de visão; aberturas ópticas ou lentes podem ser usadas para o estreitar, se necessário.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com um fotodíodo PN padrão, um fotodíodo PIN como o PD333-3C/H0/L2 tem uma região intrínseca (I) entre as camadas P e N. Esta região intrínseca cria uma área de depleção maior, o que resulta em duas vantagens principais:1) Capacitância de Junção Mais Baixa:A capacitância de 18 pF é relativamente baixa para um dispositivo de 5mm, permitindo tempos de resposta mais rápidos.2) Linearidade Melhorada:A região de depleção mais ampla permite uma recolha mais eficiente de portadores de carga numa faixa mais ampla de tensões de polarização e intensidades de luz. Comparados com fototransístores, os fotodíodos são geralmente mais rápidos e têm uma saída mais linear, mas produzem um sinal de corrente muito menor, exigindo uma amplificação mais sofisticada.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

9.1 Qual é a diferença entre a corrente de curto-circuito (ISC) e a corrente luminosa reversa (IL)?

A ISC é medida com polarização zero através do díodo (modo fotovoltaico), enquanto a IL é medida sob uma polarização reversa especificada (modo fotocondutor). A IL é tipicamente muito próxima, mas não exatamente igual, à ISC. A ficha técnica mostra ambas como 40 μA típicas sob as mesmas condições de teste.

9.2 Por que a corrente de escuro é importante?

A corrente de escuro é a pequena corrente que flui mesmo quando não há luz presente. Ela define o piso de ruído para o sensor. Em aplicações de baixa luminosidade, uma baixa corrente de escuro (5 nA típico aqui) é essencial para alcançar uma boa relação sinal-ruído.

9.3 Como escolho o resistor de carga (RL) para a minha aplicação?

A escolha envolve um compromisso entre velocidade e amplitude de saída. Um RL pequeno (ex.: 50Ω) proporciona uma resposta rápida (ver a curva tr/tf vs. RL) mas uma pequena tensão de saída (Vout = IL * RL). Um RL grande dá uma tensão maior mas uma resposta mais lenta devido à constante de tempo RC formada pela capacitância do fotodíodo e pelo RL. Para deteção de pulsos digitais, a velocidade é frequentemente priorizada.

9.4 Posso usar este componente com uma fonte de luz visível, como um LED vermelho?

Sim, a curva de resposta espectral mostra sensibilidade significativa até 400 nm. No entanto, a sua responsividade a 650 nm (vermelho) será menor do que no seu pico de 940 nm. Obteria um sinal menor em comparação com o uso de uma fonte IR da mesma potência óptica.

10. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Caso: Projetar um Recetor de Ligação de Dados por Infravermelhos.Um projetista precisa de receber dados modulados de um LED IR de 940nm a 38 kHz (uma frequência comum de controlo remoto). Ele seleciona o PD333-3C/H0/L2 pela sua alta sensibilidade a 940nm e resposta rápida (tempo de subida de 45 ns é mais do que suficiente para 38 kHz). O fotodíodo é polarizado reversamente a 5V. A saída é ligada a um CI recetor de IR dedicado (que inclui um TIA, um filtro passa-banda sintonizado para 38 kHz e um demodulador). O projetista coloca o fotodíodo perto do pino de entrada do CI, utiliza trilhas curtas e adiciona um pequeno capacitor de desacoplamento perto da fonte de polarização para minimizar o ruído. Uma janela transparente ao IR é colocada em frente ao fotodíodo para bloquear a luz visível e reduzir a interferência de luzes fluorescentes, que podem piscar a 100/120 Hz.

11. Princípio de Funcionamento

Um fotodíodo PIN é um dispositivo semicondutor que converte luz em corrente elétrica. Quando fotões com energia maior do que a banda proibida do semicondutor atingem o dispositivo, eles geram pares eletrão-lacuna na região intrínseca. Sob a influência do campo elétrico interno (no modo fotovoltaico) ou de uma polarização reversa aplicada (no modo fotocondutor), estes portadores de carga são separados, criando uma fotocorrente mensurável que é proporcional à potência óptica incidente. A camada "I" (intrínseca) é a chave: é levemente dopada, criando uma ampla região de depleção que reduz a capacitância para maior velocidade e melhora a eficiência quântica ao fornecer um volume maior para a absorção de fotões.

12. Tendências Tecnológicas

A tendência geral na tecnologia de fotodíodos é em direção a uma maior integração, menor ruído e maior especificidade de aplicação. Isto inclui o desenvolvimento de fotodíodos com amplificação no chip (combinações integradas de fotodíodo-amplificador), matrizes para imagem ou sensoriamento multicanal, e dispositivos com respostas espectrais personalizadas ou filtros ópticos integrados. Há também investigação em curso sobre materiais além do silício (como InGaAs) para deteção em faixas de infravermelho estendidas. Para componentes comerciais padrão como o fotodíodo PIN de 5mm, o foco permanece na redução de custos, melhoria da fiabilidade e obtenção de distribuições de parâmetros mais apertadas, mantendo métricas de desempenho chave como velocidade e sensibilidade.