Ficha Técnica do Fotodíodo de Silício PIN PD333-3C/H0/L811 de 5mm - Diâmetro 5mm - Tensão Reversa 35V - Lente Transparente - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD333-3C/H0/L811 é um fotodíodo de silício PIN de alta velocidade e sensibilidade, encapsulado num invólucro de plástico padrão com 5mm de diâmetro. O dispositivo utiliza uma lente de epóxi transparente, tornando-o sensível a um amplo espetro de radiação, incluindo tanto luz visível como comprimentos de onda infravermelhos. O seu foco principal de projeto é alcançar tempos de resposta rápidos e alta sensibilidade fotoelétrica, mantendo uma baixa capacitância de junção, o que o torna adequado para aplicações que requerem deteção de luz precisa e rápida.

As principais vantagens deste componente incluem a sua conformidade com normas ambientais e de segurança modernas. É um produto sem chumbo (Pb-Free), em conformidade com o regulamento REACH da UE, e adere aos requisitos de isenção de halogéneos, com conteúdo de Bromo (Br) e Cloro (Cl) cada um abaixo de 900 ppm e a sua soma abaixo de 1500 ppm. O próprio produto é projetado para permanecer dentro das especificações compatíveis com a RoHS.

2. Análise Aprofundada das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo foi projetado para operar de forma fiável dentro dos limites especificados. Exceder estes valores pode causar danos permanentes.

• Tensão Reversa (V_R):35 V - A tensão de polarização reversa máxima que pode ser aplicada ao fotodíodo.
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW - A potência máxima que o dispositivo pode dissipar.
• Temperatura de Operação (T_opr):-25°C a +85°C - A gama de temperatura ambiente para operação normal.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C - A gama de temperatura para armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldadura dos Terminais (T_sol):260°C durante um máximo de 5 segundos.

2.2 Características Eletro-Óticas (Ta=25°C)

Estes parâmetros definem o desempenho central do fotodíodo em condições típicas.

• Largura de Banda Espectral (λ_0.1):400 nm a 1100 nm. O dispositivo responde à luz desde a região violeta/azul até ao infravermelho próximo.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λ_P):940 nm (Típico). O fotodíodo é mais sensível no espetro do infravermelho próximo.
• Tensão em Circuito Aberto (V_OC):0,38 V (Típico) sob uma irradiância de 1 mW/cm² a 470 nm.
• Corrente de Curto-Circuito (I_SC):45 μA (Típico) sob uma irradiância de 1 mW/cm² a 470 nm.
• Corrente Fotoelétrica Reversa (I_L):Esta é a fotocorrente gerada quando o díodo está polarizado inversamente.
  • 46 μA (Típico) a 470 nm, V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
  • 60 μA (Típico) a 940 nm (sensibilidade de pico), V_R=5V, E_e=1 mW/cm².
• Corrente de Escuridão Reversa (I_D):10 nA (Máximo) a V_R=10V em completa escuridão. Esta é a corrente de fuga e é um parâmetro chave para a sensibilidade em baixa luminosidade.
• Tensão de Ruptura Reversa (V_BR):130 V (Típico), com um mínimo de 35 V, medido a uma corrente reversa de 100 μA no escuro.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):80° (Típico). Isto define a gama angular na qual o fotodíodo mantém metade da sua sensibilidade no eixo.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características essenciais para engenheiros de projeto.

3.1 Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambiente

Um gráfico mostra a redução da dissipação de potência máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Os 150 mW nominais são válidos a 25°C e diminuem linearmente para 0 mW a 100°C. Esta curva é crítica para garantir que o dispositivo não aqueça em excesso no ambiente de aplicação.

3.2 Sensibilidade Espectral

Esta curva ilustra a responsividade relativa do fotodíodo ao longo da sua gama de comprimentos de onda operacional (400-1100 nm), confirmando a sensibilidade de pico por volta de 940 nm e uma resposta significativa no espetro visível devido à lente transparente.

3.3 Corrente Fotoelétrica Reversa vs. Irradiância

Este gráfico demonstra a relação linear entre a fotocorrente gerada (I_L) e a densidade de potência da luz incidente (E_e). Confirma a adequação do dispositivo para aplicações de medição de luz onde a linearidade é importante.

3.4 Corrente de Escuridão vs. Temperatura Ambiente

A corrente de escuro (I_D) aumenta exponencialmente com a temperatura. Esta curva é vital para aplicações que operam a temperaturas elevadas, pois define o ruído de fundo do detetor.

3.5 Corrente Fotoelétrica Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar representa visualmente o ângulo de visão de 80°, mostrando como a força do sinal detetado diminui à medida que o ângulo da luz incidente se afasta do eixo central (0°).

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Invólucro

O fotodíodo é fornecido num invólucro radial com terminais padrão de 5mm. As dimensões principais incluem um diâmetro do corpo de 5,0mm, uma altura típica da cúpula de epóxi e o espaçamento dos terminais. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0,25mm. Um desenho dimensional detalhado é fornecido na ficha técnica para o projeto da impressão na PCB.

4.2 Identificação da Polaridade

O cátodo (K) é tipicamente identificado por um terminal mais longo, um ponto plano na borda do invólucro ou outra marcação conforme o desenho do invólucro. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem do circuito para uma operação adequada em polarização reversa.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O manuseamento cuidadoso durante a soldadura é crucial para evitar danos na bolha de epóxi e na estrutura interna.

• Regra Geral:Mantenha uma distância mínima de 3mm entre a junta de solda e a bolha de epóxi. Recomenda-se soldar para além da base da barra de fixação.
• Soldadura Manual:Utilize um ferro com temperatura da ponta não superior a 350°C (máx. 30W). Limite o tempo de soldadura a 3 segundos por terminal.
• Soldadura por Onda/Imersão:Pré-aqueça a um máximo de 100°C durante até 60 segundos. A temperatura do banho de solda não deve exceder 260°C, com um tempo de permanência máximo de 5 segundos.
• Instruções Críticas:
  • Evite aplicar tensão mecânica aos terminais enquanto o dispositivo está a alta temperatura.
  • Não execute soldadura por imersão ou manual mais de uma vez.
  • Proteja a bolha de epóxi de choques ou vibrações até o dispositivo arrefecer à temperatura ambiente.
  • Evite o arrefecimento rápido a partir da temperatura máxima de soldadura.
  • Utilize sempre a temperatura de soldadura mais baixa possível que garanta uma junta fiável.

6. Informações de Embalagem e Encomenda

6.1 Especificação da Embalagem

Os dispositivos são embalados em sacos antiestáticos para proteção. O fluxo de embalagem padrão é:

1. 500 peças por saco antiestático.
2. 5 sacos (2500 peças) por caixa interior.
3. 10 caixas interiores (25.000 peças) por caixa exterior principal.

6.2 Especificação da Etiqueta

A etiqueta do produto contém informações-chave para rastreabilidade e identificação, incluindo Número de Peça do Cliente (CPN), Número do Produto (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY), Número do Lote e códigos de data (identificador do mês).

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Deteção Fotoelétrica de Alta Velocidade:Adequado para ligações de comunicação de dados (ex.: comandos à distância por IR, codificadores óticos, sensores de proximidade) onde é necessária deteção de pulsos rápidos.
• Sistemas de Segurança:Pode ser usado em feixes de deteção de intrusão, detetores de fumo ou sensoriamento de luz ambiente para controlo automático de iluminação.
• Sistemas de Câmara:Aplicável para medição de luz, controlo automático de exposição ou como sensor de controlo de filtro de corte IR.

7.2 Considerações de Projeto

• Polarização:Para a resposta mais rápida e linearidade, opere o fotodíodo no modo de polarização reversa (fotocondutivo). Um amplificador de transimpedância (TIA) é comumente usado para converter a fotocorrente numa tensão.
• Largura de Banda vs. Sensibilidade:A capacitância de junção (implícita pela resposta rápida) e o valor da resistência de carga determinarão a largura de banda do circuito. Existe um compromisso entre largura de banda (R mais baixo) e sensibilidade/tensão de saída (R mais alto).
• Projeto Ótico:O ângulo de visão de 80° é relativamente amplo. Para sensoriamento direcional, pode ser necessário um diafragma ou um tubo de lente para restringir o campo de visão.
• Compensação da Corrente de Escuridão:Em aplicações de precisão com baixa luminosidade, a corrente de escuro e a sua variação com a temperatura podem precisar de ser compensadas no circuito de condicionamento de sinal.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com fotodíodos PN padrão, este fotodíodo PIN oferece vantagens distintas:

• Tempo de Resposta Mais Rápido:A região intrínseca (I) numa estrutura PIN reduz a capacitância de junção, permitindo velocidades de comutação e largura de banda mais elevadas.
• Linearidade Melhorada:A ampla região intrínseca permite uma melhor linearidade da fotocorrente em relação à potência da luz incidente numa ampla gama.
• Corrente de Escuridão Mais Baixa (a tensões comparáveis):Embora dependente do projeto específico, a estrutura pode por vezes permitir correntes de fuga mais baixas.
• Sensibilidade de Espetro Largo:A lente transparente, ao contrário das lentes coloridas, não filtra a luz visível, tornando-a uma escolha versátil para aplicações que necessitam de resposta do visível ao infravermelho próximo.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é a diferença entre operar a 470nm vs. 940nm?

R: O fotodíodo é significativamente mais sensível no seu comprimento de onda de pico de 940nm (60 μA típico vs. 46 μA a 470nm nas mesmas condições). Para uma saída de sinal máxima, fontes de IR por volta de 940nm são ideais. A resposta a 470nm permite que o dispositivo seja usado também com fontes de luz visível azul/verde.

P2: Posso usar este fotodíodo sem uma tensão de polarização reversa?

R: Sim, pode ser usado no modo fotovoltaico (polarização zero), gerando a tensão em circuito aberto (V_OC). No entanto, para aplicações de alta velocidade ou a maioria das aplicações lineares, recomenda-se a polarização reversa (modo fotocondutivo), pois reduz a capacitância de junção e melhora o tempo de resposta.

P3: Quão crítica é a regra da distância de soldadura de 3mm?

R: Muito crítica. O calor excessivo conduzido pelo terminal pode rachar a vedação de epóxi ou danificar o chip semicondutor, levando a uma falha imediata ou a uma fiabilidade a longo prazo reduzida.

P4: O que significa a especificação "Ângulo de Visão" para o meu projeto?

R: Significa que o fotodíodo detetará luz de forma eficaz dentro de um cone de 80° (40° fora do eixo em qualquer direção). A luz incidente em ângulos maiores do que este produzirá um sinal significativamente mais fraco. Isto é importante para alinhar o sensor com uma fonte de luz ou definir uma zona de deteção.

10. Exemplo Prático de Utilização

Projetando um Sensor de Proximidade Simples:

O PD333-3C/H0/L811 pode ser emparelhado com um LED infravermelho (ex.: emissor a 940nm) para criar um sensor de proximidade ou deteção de objetos. O LED IR é acionado com uma corrente pulsada. O fotodíodo, colocado adjacente ao LED mas isolado opticamente, deteta a luz IR refletida por um objeto. A saída do fotodíodo é ligada a um TIA e depois a um comparador. Quando nenhum objeto está presente, o sinal detetado é baixo (apenas IR ambiente). Quando um objeto se aproxima, o pulso refletido aumenta o sinal acima de um limiar definido, acionando o comparador. O tempo de resposta rápido do díodo PIN permite uma deteção rápida e pode suportar sinais modulados para rejeitar interferência da luz ambiente.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um fotodíodo PIN é um dispositivo semicondutor com uma estrutura de três camadas: Tipo-P, Intrínseca (não dopada) e Tipo-N (P-I-N). Quando polarizado inversamente, a região intrínseca fica completamente esgotada de portadores de carga, criando uma ampla região de campo elétrico. Fotões incidentes no dispositivo com energia superior ao bandgap do semicondutor criam pares eletrão-lacuna. O forte campo elétrico na região intrínseca varre rapidamente estes portadores para os seus respetivos terminais, gerando uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. A ampla região intrínseca é a chave: reduz a capacitância de junção (permitindo alta velocidade) e aumenta o volume onde os fotões podem ser absorvidos (melhorando a sensibilidade, especialmente para comprimentos de onda mais longos como o IR).

12. Tendências e Contexto da Indústria

Fotodíodos de silício PIN como o PD333-3C/H0/L811 continuam a ser componentes fundamentais na optoelectrónica. As tendências atuais na indústria incluem:

• Miniaturização:Embora 5mm seja um invólucro padrão com terminais, há uma forte tendência para invólucros de dispositivo de montagem em superfície (SMD) (ex.: 0805, 0603) para montagem automatizada e projetos com restrições de espaço.
• Integração:Aumento da integração do fotodíodo com amplificação, filtragem e lógica digital no próprio chip para criar "sensores óticos inteligentes" que fornecem uma saída digital processada.
• Desempenho Aprimorado:O desenvolvimento contínuo foca-se em reduzir ainda mais a corrente de escuro, melhorar a sensibilidade (responsividade) em comprimentos de onda específicos e expandir a gama espetral para infravermelho mais profundo usando materiais como InGaAs.
• Otimização para Aplicações Específicas:Os fotodíodos estão a ser adaptados para aplicações emergentes em eletrónica de consumo (sensores de smartphones, wearables), automóvel (LiDAR, sensoriamento no habitáculo) e automação industrial (visão por computador, espetroscopia).

Apesar destas tendências, o clássico fotodíodo PIN com terminais continua a ser amplamente utilizado em prototipagem, kits educacionais, controlos industriais e aplicações onde a robustez e a facilidade de soldadura manual são valorizadas.

13. Isenção de Responsabilidade e Notas de Utilização

Avisos legais e técnicos críticos acompanham estes dados do produto:

1. O fabricante reserva-se o direito de ajustar os materiais do produto.
2. O produto cumpre as especificações publicadas durante 12 meses a partir da data de expedição.
3. Gráficos e valores típicos são para referência; não são garantidos como limites mínimos ou máximos.
4. O fabricante não assume qualquer responsabilidade por danos resultantes da operação fora dos Valores Máximos Absolutos ou uso indevido.
5. O conteúdo da ficha técnica está protegido por direitos de autor; a reprodução requer consentimento prévio.
6. Aviso de Segurança Importante:Este produtonão se destinaao uso em aplicações militares, aeronáuticas, automóveis, médicas, de suporte à vida, de salvamento ou qualquer outra aplicação crítica para a segurança onde uma falha possa levar a ferimentos ou morte humanas. Para tais aplicações, deve ser obtida autorização explícita.