Ficha Técnica do Fotodiodo PD333-3B/L4 - 5mm Semi-Lente - Silício PIN - Embalagem Preta - Documento Técnico em Inglês

1. Visão Geral do Produto

O PD333-3B/L4 é um fotodiodo PIN de silício de alta velocidade e alta sensibilidade, montado em um encapsulamento plástico cilíndrico de visão lateral. Sua característica definidora é o encapsulamento epóxi integrado que também funciona como um filtro infravermelho (IR), tornando-o espectralmente compatível com emissores IR comuns. Esta integração simplifica o projeto óptico ao reduzir a necessidade de componentes de filtragem externos. O dispositivo é projetado para aplicações que exigem tempos de resposta rápidos e detecção confiável de luz infravermelha, particularmente na faixa de comprimento de onda de 940nm.

As principais vantagens incluem seus tempos de resposta rápidos, alta fotossensibilidade e pequena capacitância de junção, que são críticos para a integridade do sinal em aplicações de alta velocidade. O componente está em conformidade com os regulamentos RoHS e UE REACH e é fabricado usando processos sem chumbo, alinhando-se com os padrões ambientais e de segurança modernos para componentes eletrônicos.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Limites Absolutos Máximos

O dispositivo é classificado para operação dentro de limites ambientais e elétricos específicos para garantir confiabilidade e evitar danos. A tensão reversa máxima (VR) é de 32V. A classificação de dissipação de potência (Pd) é de 150mW. O componente pode suportar temperaturas de soldagem dos terminais (Tsol) de até 260°C por uma duração não superior a 5 segundos, o que é compatível com processos padrão de soldagem por refluxo. A faixa de temperatura de operação (Topr) é de -40°C a +85°C, e a faixa de temperatura de armazenamento (Tstg) é de -40°C a +100°C, indicando desempenho robusto em uma ampla gama de condições.

2.2 Características Eletro-Ópticas

O desempenho do fotodiodo é caracterizado em condições padrão (Ta=25°C). Sua largura de banda espectral (λ0,5) varia de 840nm a 1100nm, com sensibilidade de pico (λp) em 940nm. Isso o torna ideal para uso com LEDs IR de 940nm. Os principais parâmetros elétricos incluem uma tensão de circuito aberto (VOC) típica de 0,42V quando iluminado com 5mW/cm² a 940nm, e uma corrente de curto-circuito (ISC) típica de 10µA sob iluminação de 1mW/cm² a 940nm.

A corrente luminosa reversa (IL), que é a fotocorrente gerada sob polarização reversa, é tipicamente de 12µA (VR=5V, Ee=1mW/cm², λp=940nm). A corrente de escuro (Id), um parâmetro crítico para sensibilidade em baixa luminosidade, é especificada com um máximo de 10nA (VR=10V). A tensão de ruptura reversa (BVR) tem um mínimo de 32V e um valor típico de 170V. A capacitância total dos terminais (Ct) é tipicamente de 5pF em VR=5V e 1MHz, um valor baixo que contribui para a capacidade de alta velocidade do dispositivo.

3. Análise da Curva de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Esses gráficos são essenciais para que os engenheiros de projeto prevejam o desempenho em aplicações do mundo real, além das condições padrão de teste.

3.1 Características Térmicas e Ópticas

A Figura 1 mostra a relação entre a dissipação de potência permitida e a temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a dissipação de potência máxima permitida diminui linearmente, uma característica padrão de derating para dispositivos semicondutores. A Figura 2 descreve a curva de sensibilidade espectral, confirmando a resposta de pico em 940nm e os pontos de corte definidos em 840nm e 1100nm, onde a sensibilidade cai para metade do seu valor de pico.

3.2 Corrente vs. Iluminação e Temperatura

A Figura 3 ilustra como a corrente de escuro (Id) aumenta exponencialmente com a elevação da temperatura ambiente. Esta é uma propriedade fundamental das junções semicondutoras e é crítica para aplicações que operam em temperaturas elevadas, uma vez que o aumento da corrente de escuro eleva o piso de ruído. A Figura 4 mostra a relação linear entre a corrente luminosa reversa (IL) e a irradiância (Ee), demonstrando a geração de fotocorrente previsível e linear do fotodiodo.

3.3 Capacitância e Tempo de Resposta

A Figura 5 traça a capacitância terminal em função da tensão reversa. A capacitância diminui com o aumento da polarização reversa, um comportamento típico dos fotodiodos PIN. Uma capacitância mais baixa permite tempos de resposta mais rápidos. A Figura 6 mostra a relação entre o tempo de resposta e a resistência de carga. O tempo de resposta aumenta com uma resistência de carga mais alta devido à constante de tempo RC formada pela capacitância da junção e pela carga externa. Para aplicações de alta velocidade, normalmente utiliza-se um resistor de carga de baixo valor (por exemplo, 50Ω), embora isso troque a amplitude do sinal pela velocidade.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

O PD333-3B/L4 vem em uma embalagem cilíndrica de visão lateral. O corpo da embalagem é preto, o que ajuda a reduzir reflexos internos e interferência de luz difusa. O design de "semi-lente" ajuda a focar a luz incidente na área ativa de silício, melhorando a sensibilidade efetiva. As dimensões detalhadas da embalagem são fornecidas na folha de dados, com todas as medidas em milímetros. As tolerâncias críticas para posicionamento mecânico são tipicamente ±0,25 mm. A orientação de visão lateral é particularmente útil para aplicações onde o caminho da luz é paralelo à superfície da PCB, como em sensores de fenda ou sistemas de detecção de borda.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O componente é adequado para processos padrão de montagem de PCB. A classificação máxima absoluta para a temperatura de soldagem dos terminais é de 260°C. É crucial que o tempo de soldagem nesta temperatura não exceda 5 segundos para evitar danos ao encapsulamento plástico ou ao chip semicondutor interno. Os perfis padrão de soldagem por refluxo IR ou por onda utilizados para montagens sem chumbo são geralmente aplicáveis. O manuseio adequado para evitar a contaminação da superfície da lente é essencial para manter o desempenho óptico. O armazenamento deve ser dentro da faixa de temperatura especificada de -40°C a +100°C em um ambiente seco.

6. Informações de Embalagem e Pedido

A especificação de embalagem padrão é de 500 peças por saco, 5 sacos por caixa e 10 caixas por cartão. Esta embalagem a granel é típica para linhas de montagem automatizadas. A etiqueta na embalagem inclui informações críticas para rastreabilidade e verificação: Número de Produção do Cliente (CPN), Número de Produção (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY), classificações de qualidade (CAT), comprimento de onda de pico (HUE), um código de referência (REF) e o Número de Lote de fabricação. O mês de produção também é indicado. Os utilizadores devem cruzar as informações da etiqueta com os seus registos internos e as especificações da folha de dados.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O PD333-3B/L4 é muito adequado para várias aplicações-chave. Como um high-speed photo detector, pode ser utilizado em ligações de comunicação de dados que empregam luz infravermelha, leitores de código de barras ou sistemas de detecção de pulsos. A sua integração em câmaras pode ser para sistemas de assistência de focagem automática ou medição de luz. Em interruptores optoeletrónicos, ele forma a metade receptora de um interruptor óptico ou sensor reflexivo, comumente encontrado em impressoras, codificadores e cortinas de segurança. Seu uso em VCRs e câmeras de vídeo historicamente referia-se a sensores de fim de fita ou receptores de controle remoto, embora princípios semelhantes se apliquem à eletrônica de consumo moderna.

7.2 Considerações de Projeto

Ao projetar com este fotodiodo, vários fatores devem ser considerados. Para polarização, normalmente é operado em polarização reversa (modo fotocondutor) para melhorar a velocidade e a linearidade, embora o modo fotovoltaico (polarização zero) possa ser usado em aplicações de baixo ruído. A escolha do amplificador operacional no circuito do amplificador de transimpedância (TIA) é crítica; ele deve ter baixa corrente de polarização de entrada e baixo ruído para evitar a degradação do sinal do fotodiodo de baixa corrente de escuro. A propriedade de filtragem IR da embalagem é benéfica, mas os projetistas devem garantir que o comprimento de onda da fonte (por exemplo, 940nm) esteja alinhado com a sensibilidade de pico. Para operação de alta velocidade, um layout cuidadoso da PCB para minimizar a capacitância e indutância parasitas no nó do fotodiodo é essencial.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Em comparação com fotodiodos padrão sem lente ou filtro integrado, o PD333-3B/L4 oferece uma solução óptica mais compacta e simplificada. O filtro IR integrado elimina a necessidade de um componente de filtro separado, economizando espaço, custo e complexidade de montagem. Sua embalagem de visão lateral oferece uma vantagem mecânica distinta em relação às embalagens de visão superior para geometrias de caminho óptico específicas. A combinação de tensão de ruptura relativamente alta (mín. 32V, típ. 170V) e baixa corrente de escuro é um equilíbrio favorável para muitas aplicações de sensoriamento industrial que exigem uma boa relação sinal-ruído e operação robusta.

9. Perguntas Frequentes (Com Base em Parâmetros Técnicos)

Q: Qual é a importância da sensibilidade de pico em 940nm?
A: 940nm é um comprimento de onda muito comum para LEDs infravermelhos porque é invisível ao olho humano e possui boa transmissão atmosférica. Corresponder a resposta de pico do fotodiodo ao comprimento de onda do emissor maximiza a força do sinal e a eficiência do sistema.

Q: Como a especificação de corrente de escuro afeta meu projeto?
A: A corrente de escuro é a principal fonte de ruído em um fotodiodo quando nenhuma luz está presente. Uma baixa corrente de escuro (10nA máx. para este dispositivo) significa que o sensor pode detectar sinais de luz muito fracos sem ser sobrecarregado por seu próprio ruído interno, melhorando a sensibilidade e a faixa dinâmica.

Q: Posso usar isso para detecção de luz visível?
A> The integrated epoxy package acts as an IR filter, significantly attenuating visible light. Therefore, this specific variant is not suitable for applications requiring sensitivity in the visible spectrum. For visible light detection, a clear or differently filtered package would be required.

Q: Qual resistência de carga devo usar para obter a velocidade ideal?
A> Referencing Figure 6, for the fastest response time (in the nanosecond range), a low load resistance (e.g., 50Ω to 100Ω) is necessary. However, this produces a smaller voltage signal. A transimpedance amplifier circuit is often the best solution, providing both high speed and good signal gain.

10. Caso Prático de Design

Caso: Projetando um Sensor de Proximidade por Infravermelho
Em um sensor de proximidade típico, um LED IR emite pulsos de luz, e o PD333-3B/L4 detecta a luz refletida por um objeto. O filtro IR integrado é crucial aqui, pois bloqueia a luz visível ambiente (por exemplo, da iluminação da sala) que poderia saturar o sensor ou criar acionamentos falsos. O tempo de resposta rápido permite o pulsar rápido do LED, possibilitando detecção rápida e, potencialmente, permitindo a medição de distância por métodos de tempo de voo ou de mudança de fase em sistemas mais avançados. O encapsulamento de visão lateral permite que tanto o LED quanto o fotodiodo sejam montados no mesmo plano da PCB, voltados para a mesma direção, o que é ideal para sensoriamento reflexivo. Um circuito simples envolveria polarizar o fotodiodo com uma tensão reversa de 5V através de um resistor de alto valor, e usar um comparador ou amplificador de alta velocidade para detectar o pulso de corrente gerado quando a luz refletida está presente.

11. Introdução ao Princípio de Operação

Um fotodiodo PIN é um dispositivo semicondutor com uma ampla região intrínseca (I) levemente dopada, intercalada entre uma região do tipo p (P) e uma do tipo n (N). Quando polarizado inversamente, essa estrutura cria uma grande região de depleção. Fótons incidentes no dispositivo, com energia maior que o bandgap do semicondutor, criam pares elétron-lacuna dentro desta região de depleção. O forte campo elétrico presente devido à polarização inversa separa rapidamente esses portadores, fazendo com que derivem para os respectivos contatos, gerando uma fotocorrente proporcional à intensidade da luz incidente. A ampla região intrínseca reduz a capacitância da junção (permitindo alta velocidade) e aumenta o volume para absorção de fótons (melhorando a sensibilidade), especialmente para comprimentos de onda mais longos, como o infravermelho, onde a profundidade de penetração é maior.

12. Tendências Tecnológicas

A tendência na tecnologia de fotodiodos continua em direção a uma maior integração, menor ruído e maior funcionalidade. Isso inclui a integração de circuitos de amplificação e condicionamento de sinal no mesmo chip ou no mesmo pacote (por exemplo, combinações fotodiodo-amplificador). Há também um impulso para dispositivos com correntes de escuro e capacitâncias ainda mais baixas para aplicações em instrumentação científica, imageamento médico e LiDAR. O uso de materiais além do silício, como o InGaAs, estende a sensibilidade ainda mais para o infravermelho em telecomunicações e detecção de gases. Além disso, inovações em encapsulamento visam fornecer características ópticas mais precisas, como lentes com campo de visão (FOV) definido e filtragem ainda mais eficaz diretamente no pacote, como visto no PD333-3B/L4.