Ficha Técnica do Fotodíodo de Silício PIN PD438C com Semi-Lente de 4.8mm - Diâmetro 4.8mm - Tensão Reversa 32V - Dissipação de Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD438C é um fotodíodo de silício PIN de alta velocidade e alta sensibilidade, encapsulado em um pacote plástico cilíndrico de visão lateral. Sua função principal é converter a luz incidente, particularmente no espectro infravermelho, em uma corrente elétrica. Uma característica fundamental deste componente é que o próprio encapsulamento de epóxi atua como um filtro infravermelho (IR) integrado, que é espectralmente compatível com emissores IR comuns. Este design simplifica a integração do sistema ao reduzir a necessidade de filtragem externa. O dispositivo é caracterizado por tempos de resposta rápidos, alta fotossensibilidade e uma pequena capacitância de junção, tornando-o adequado para aplicações que requerem detecção de luz rápida e precisa.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo foi projetado para operar de forma confiável dentro dos seguintes limites absolutos, além dos quais pode ocorrer dano permanente. A tensão reversa máxima (V_R) é de 32V. A dissipação de potência (P_d) não deve exceder 150 mW. A faixa de temperatura de operação (T_opr) é de -40°C a +85°C, enquanto a temperatura de armazenamento (T_stg) estende-se de -40°C a +100°C. Para montagem, a temperatura de soldagem (T_sol) deve ser mantida a 260°C por um período não superior a 5 segundos para evitar danos térmicos ao encapsulamento e ao chip semicondutor.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Sob condições padrão de teste (Ta=25°C), o PD438C exibe os seguintes parâmetros de desempenho chave. Sua largura de banda de resposta espectral (λ_0.5) varia de 400 nm a 1100 nm, com um comprimento de onda de sensibilidade de pico (λ_p) tipicamente em 940 nm, alinhando-o perfeitamente com fontes de luz infravermelha comuns. Quando iluminado com uma irradiância de 5 mW/cm² a 940 nm, a tensão de circuito aberto típica (V_OC) é de 0,35V. A corrente de curto-circuito (I_SC) é tipicamente de 18 µA sob 1 mW/cm² a 940 nm. Sob uma polarização reversa de 5V e a mesma irradiância, a corrente de luz reversa (I_L) é tipicamente de 18 µA (mín. 10,2 µA). A corrente de escuro (I_d), que é a corrente de fuga na ausência de luz, é tipicamente de 5 nA (máx. 30 nA) a uma tensão reversa de 10V. A capacitância total dos terminais (C_t) é tipicamente de 25 pF a 3V de polarização reversa e 1 MHz. Os tempos de subida e descida (t_r/t_f) são ambos tipicamente de 50 ns quando operando com uma polarização reversa de 10V e um resistor de carga de 1 kΩ.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que são cruciais para os engenheiros de projeto. Acurva de Sensibilidade Espectralmostra a responsividade relativa do fotodíodo em toda a sua faixa de comprimento de onda operacional, confirmando o pico em 940 nm. Ográfico de Dissipação de Potência vs. Temperatura Ambienteilustra a redução da potência máxima permitida à medida que a temperatura de operação aumenta, o que é essencial para o gerenciamento térmico. Acurva de Corrente de Escuro vs. Temperatura Ambientedemonstra como a corrente de fuga aumenta com a temperatura, um fator crítico para aplicações de baixa luminosidade ou alta temperatura. Ográfico de Corrente de Luz Reversa vs. Irradiância (Ee)mostra a relação linear entre a potência da luz incidente e a fotocorrente gerada, confirmando a resposta previsível do dispositivo. Acurva de Capacitância dos Terminais vs. Tensão Reversaindica como a capacitância de junção diminui com o aumento da polarização reversa, o que impacta diretamente na velocidade do dispositivo. Finalmente, ográfico de Tempo de Resposta vs. Resistência de Cargamostra como o tempo de subida/descida é afetado pela carga externa, orientando a seleção de um resistor de carga apropriado para circuitos críticos em velocidade.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O PD438C é encapsulado em um formato cilíndrico de visão lateral com um diâmetro nominal de 4,8mm. O desenho mecânico detalhado especifica todas as dimensões críticas, incluindo espaçamento dos terminais, altura do pacote e geometria da lente. O desenho observa que as tolerâncias dimensionais são tipicamente de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. A configuração de visão lateral é particularmente útil para aplicações onde o caminho da luz é paralelo à superfície de montagem, como em sensores de fenda ou sistemas de detecção de borda.

4.2 Identificação da Polaridade

O dispositivo é um componente de dois terminais. O cátodo é tipicamente identificado por um terminal mais longo, um entalhe ou um ponto plano no corpo do encapsulamento. A conexão correta da polaridade é essencial ao aplicar polarização reversa para um desempenho ideal no modo fotocondutivo.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O componente é classificado para soldagem a uma temperatura de pico de 260°C. É crítico que o tempo acima da temperatura de liquidus (tipicamente em torno de 217°C para solda sem chumbo) seja limitado a no máximo 5 segundos para evitar estresse térmico excessivo no encapsulamento de epóxi e nas ligações internas dos fios. Perfis padrão de soldagem por refluxo ou por onda para montagens sem chumbo são geralmente aplicáveis. Deve-se tomar cuidado para evitar estresse mecânico nos terminais durante o manuseio e posicionamento.

6. Informações de Embalagem e Pedido

A especificação de embalagem padrão é de 500 peças por saco. Seis sacos são combinados em uma caixa interna, e dez caixas internas constituem uma caixa de envio mestra, resultando em um total de 30.000 peças por caixa mestra. O rótulo do produto inclui campos para o número da peça do cliente (CPN), o número da peça do fabricante (P/N), a quantidade de embalagem (QTY) e informações de rastreabilidade do lote (LOT No.).

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O PD438C é bem adequado para uma variedade de aplicações optoeletrônicas. Sua alta velocidade o torna ideal paradetecção fotoelétrica de alta velocidadeem links de comunicação de dados ou sensoriamento de pulsos. É comumente usado emeletrônicos de consumocomo câmeras e filmadoras (VCRs, câmeras de vídeo) para sistemas de foco automático, fotometria ou detecção de fim de fita. Serve como um sensor confiável eminterruptores optoeletrônicose interruptores para sensoriamento de posição, detecção de objetos e sistemas de codificadores rotativos. O filtro IR integrado o torna particularmente eficaz em sistemas emparelhados com LEDs IR de 940 nm, filtrando a luz visível indesejada.

7.2 Considerações de Projeto

Ao projetar um circuito com o PD438C, vários fatores devem ser considerados. Paraotimização de velocidade, opere o fotodíodo com uma polarização reversa suficiente (ex.: 5V-10V) para minimizar a capacitância de junção e use um resistor de carga de baixo valor, como mostrado na curva de tempo de resposta vs. resistência de carga, embora isso faça uma troca com a amplitude da tensão de saída. Uma configuração de amplificador de transimpedância (TIA) é frequentemente preferida para converter a pequena fotocorrente em uma tensão utilizável enquanto mantém a largura de banda. Paraaplicações sensíveis a ruído, a especificação da corrente de escuro e sua dependência da temperatura são críticas; resfriar o dispositivo ou usar técnicas de detecção síncrona pode ser necessário. A linearidade da fotocorrente com a irradiância simplifica os projetos de medição de potência óptica. Certifique-se de que a abertura óptica e o alinhamento estejam corretos para a orientação do pacote de visão lateral.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a fotodiodos padrão sem lente ou filtro, o PD438C oferece uma vantagem distinta devido ao seuepóxi com semi-lente integrada e filtro IR. Isso elimina a necessidade de um filtro óptico separado, reduzindo a contagem de componentes, a complexidade da montagem e o custo. O encapsulamento de visão lateral é um fator de forma específico que resolve desafios de integração em projetos com espaço limitado onde sensores de visão superior não podem ser usados. Sua combinação de velocidade relativamente alta (50 ns) e boa sensibilidade (18 µA a 1 mW/cm²) oferece um perfil de desempenho equilibrado para muitas aplicações de médio alcance, posicionando-o entre dispositivos de velocidade muito alta e baixa sensibilidade e fotodiodos mais lentos e de alta sensibilidade.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a finalidade da "semi-lente"?

R: A semi-lente ajuda a focar a luz incidente na área ativa do chip de silício, aumentando a área de coleta efetiva e, portanto, a responsividade (sensibilidade) do dispositivo em comparação com uma janela plana.

P: Por que a sensibilidade de pico está em 940 nm?

R: As propriedades de absorção inerentes do silício atingem o pico na região do infravermelho próximo. 940 nm é um comprimento de onda muito comum para emissores infravermelhos (LEDs), pois é invisível ao olho humano e facilmente disponível. O epóxi é ajustado para corresponder a isso.

P: Devo usar este fotodíodo no modo fotovoltaico (polarização zero) ou fotocondutivo (polarização reversa)?

R: Para maior velocidade e linearidade, o modo fotocondutivo (aplicando uma polarização reversa, ex.: 5V) é recomendado. Ele reduz a capacitância de junção e amplia a região de depleção. O modo fotovoltaico (polarização zero) oferece menor ruído (sem corrente de escuro), mas é mais lento.

P: Como a temperatura afeta o desempenho?

R: Como mostrado nas curvas, a corrente de escuro aumenta significativamente com a temperatura, o que pode ser uma fonte de ruído. A própria fotocorrente também tem um leve coeficiente de temperatura. Para operação estável, compensação de temperatura ou um ambiente controlado podem ser necessários em aplicações de precisão.

10. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

Exemplo 1: Sensor de Proximidade por Infravermelho:Um LED IR pulsa a 940 nm. A luz refletida é detectada pelo PD438C. O encapsulamento de visão lateral permite que tanto o emissor quanto o detector sejam colocados na mesma PCB, voltados para a mesma direção. O filtro IR integrado no PD438C ajuda a rejeitar a luz visível ambiente, melhorando a relação sinal-ruído do sinal IR refletido. Um microcontrolador mede a corrente do fotodíodo via um TIA para determinar a presença ou distância do objeto.

Exemplo 2: Interruptor Óptico com Fenda:O PD438C é montado em um lado de um suporte em forma de U, voltado para um LED IR do outro lado. Um objeto que passa pela fenda interrompe o feixe. O tempo de resposta rápido (50 ns) permite detectar eventos de velocidade muito alta ou codificar movimentos rápidos.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um fotodíodo PIN é um dispositivo semicondutor com uma região intrínseca (I) larga e levemente dopada, intercalada entre uma região tipo P e uma tipo N. Quando fótons com energia maior que a banda proibida do semicondutor (para o silício, comprimentos de onda menores que ~1100 nm) atingem o dispositivo, eles geram pares elétron-lacuna na região intrínseca. Sob a influência do campo elétrico interno (no modo fotovoltaico) ou de uma polarização reversa aplicada (no modo fotocondutivo), esses portadores de carga são separados, criando uma fotocorrente mensurável que é proporcional à intensidade da luz incidente. A região intrínseca ampla permite um volume de depleção maior, o que melhora a eficiência quântica (sensibilidade) e reduz a capacitância de junção, permitindo operação em velocidade mais alta em comparação com um fotodíodo PN padrão.

12. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

O mercado para fotodiodos como o PD438C continua a ser impulsionado por tendências em automação, eletrônicos de consumo e comunicação. Há um impulso constante pormaior velocidadepara suportar transmissão de dados mais rápida em links ópticos.Sensibilidade aprimorada(menor ruído, maior responsividade) permite operação com emissores de menor potência ou em distâncias mais longas.Miniaturizaçãoé outra tendência chave, levando a fotodiodos em pacotes de montagem em superfície menores. Além disso, a integração está avançando, com mais dispositivos incorporando o fotodíodo, amplificador e, às vezes, até lógica digital em um único pacote (ex.: matrizes de fotodiodos, sensores ópticos integrados). O PD438C, com seu filtro óptico integrado, representa um passo nesta tendência de integração, simplificando a lista de materiais para os projetistas de sistemas.