Ficha Técnica do Fotodíodo de Silício PIN Planar PD70-01B/TR7 - 2.0x1.25x0.9mm - Tensão Reversa 32V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O PD70-01B/TR7 é um Fotodíodo de Silício PIN Planar de alto desempenho, projetado para aplicações que exigem resposta rápida e alta sensibilidade à luz infravermelha. O seu tamanho compacto e desempenho robusto numa ampla gama de temperaturas tornam-no um componente versátil para vários sistemas eletrónicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este fotodíodo oferece várias vantagens-chave, incluindo um filtro de luz diurna integrado para reduzir interferências da luz ambiente, alta sensibilidade no seu comprimento de onda de pico e uma capacitância de junção muito baixa que permite tempos de comutação curtos. O seu pequeno encapsulamento para montagem em superfície (SMD) é isento de chumbo e está em conformidade com as normas RoHS, REACH e sem halogéneos. Estas características tornam-no particularmente adequado para eletrónica de consumo, controlo industrial e aplicações de comunicação, como comandos à distância para televisores e eletrodomésticos, transmissão de áudio por infravermelhos, gravadores de vídeo, copiadoras, sensores de elevador e sistemas de medição e controlo de uso geral.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo foi projetado para operar de forma fiável dentro dos limites especificados. A tensão reversa máxima (VR) é de 32V. Pode funcionar numa gama de temperatura de operação (Topr) de -25°C a +85°C e ser armazenado (Tstg) de -40°C a +85°C. A temperatura máxima de soldadura (Tsol) é de 260°C por um período não superior a 5 segundos. A dissipação de potência (Pd) é classificada em 150 mW a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior.

2.2 Características Eletro-Óticas

A uma temperatura padrão de 25°C, o fotodíodo exibe métricas de desempenho específicas. A sua largura de banda espectral (λ0.5) varia de 730 nm a 1100 nm, com sensibilidade de pico (λP) a 940 nm, situando-o firmemente no espectro do infravermelho próximo. Sob uma irradiância de 1 mW/cm² a 940 nm, a corrente de curto-circuito típica (ISC) é de 35 µA, e a corrente luminosa reversa típica (IL) a VR=5V é de 25 µA (mín. 17 µA). A corrente de escuro reversa (ID) a VR=10V é tipicamente de 5 nA, com um máximo de 30 nA. A tensão de ruptura reversa (VBR) é no mínimo de 32V, tipicamente 170V a uma corrente de 100 µA.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui curvas características típicas que fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo para além dos valores mínimos, típicos e máximos tabelados.

3.1 Sensibilidade Espectral

Um gráfico (Fig.1) ilustra a resposta espectral normalizada em função do comprimento de onda. A curva mostra um aumento acentuado na sensibilidade a partir de cerca de 730 nm, atingindo o pico a 940 nm, e depois diminuindo gradualmente até 1100 nm. Isto confirma a sua otimização para deteção de infravermelhos, particularmente para emissores IR comuns de 940 nm, enquanto o filtro de luz diurna atenua a sensibilidade no espectro visível.

3.2 Linearidade da Resposta

Outro gráfico (Fig.2) representa a Corrente Luminosa Reversa (IL) em função da Irradiância (Ee). Espera-se que esta curva mostre uma relação altamente linear, indicando que a saída de fotocorrente é diretamente proporcional à potência da luz incidente na gama operacional, uma característica crítica para aplicações de medição e controlo.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento e Polaridade

O PD70-01B/TR7 vem num encapsulamento SMD compacto. São fornecidos desenhos dimensionais detalhados. As dimensões do corpo do encapsulamento são aproximadamente 2,0 mm de comprimento, 1,25 mm de largura e 0,9 mm de altura (excluindo os terminais). O cátodo é tipicamente marcado, muitas vezes por um entalhe, uma borda chanfrada ou um ponto no encapsulamento. Os projetistas devem consultar o desenho detalhado do encapsulamento para o marcador exato de identificação de polaridade e o layout dos terminais, de forma a garantir o design correto da impressão digital na PCB e a orientação da montagem.

4.2 Especificações da Fita e da Bobina

Para montagem automatizada, o componente é fornecido em fita transportadora e bobina. A largura da fita, as dimensões dos compartimentos e o diâmetro da bobina são especificados para serem compatíveis com equipamentos padrão de pick-and-place. A quantidade padrão de embalagem é de 1000 peças por bobina.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Perfil de Soldadura por Reflow

Para soldadura sem chumbo, deve ser seguido um perfil de temperatura específico. O perfil recomendado inclui uma fase de pré-aquecimento, uma zona de estabilização, uma temperatura de pico de reflow não superior a 260°C e uma fase de arrefecimento controlado. O tempo total acima do líquido e a duração máxima da temperatura de pico são críticos para evitar danos térmicos ao encapsulamento epóxi e ao chip semicondutor. A soldadura por reflow não deve ser realizada mais de duas vezes.

5.2 Soldadura Manual e Retrabalho

Se for necessária soldadura manual, deve ter-se extremo cuidado. A temperatura da ponta do ferro de soldar deve estar abaixo de 350°C, e o tempo de contacto com cada terminal deve ser inferior a 3 segundos por junta de solda, utilizando um ferro com capacidade de 25W ou menos. É necessário um intervalo de arrefecimento de mais de dois segundos entre a soldadura de cada terminal. Para retrabalho, recomenda-se um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os terminais e evitar tensão mecânica. A viabilidade e o impacto do retrabalho nas características do dispositivo devem ser avaliados previamente.

6. Precauções de Armazenamento e Manuseamento

6.1 Sensibilidade à Humidade

Este dispositivo é sensível à humidade. A bolsa de barreira à humidade não deve ser aberta até que os componentes estejam prontos para uso. Antes de abrir, as condições de armazenamento devem ser de 30°C ou menos e 90% de Humidade Relativa (HR) ou menos. O prazo de validade total na bolsa fechada é de um ano. Após a abertura, os componentes devem ser armazenados a 30°C ou menos e 60% de HR ou menos e utilizados dentro de 168 horas (7 dias). Se o dessecante de sílica gel indicar saturação ou se o tempo de armazenamento for excedido, é necessário um tratamento de secagem a 60 ±5°C durante 24 horas antes da utilização.

6.2 Proteção Elétrica

Uma precaução crítica é a proteção contra sobrecorrente. Como um díodo, deve ser operado com uma resistência limitadora de corrente em série quando polarizado. Sem esta resistência, um pequeno aumento na tensão aplicada pode causar um grande aumento na corrente, potencialmente destrutivo, levando à queima. O valor da resistência deve ser calculado com base na tensão de operação e na fotocorrente ou corrente de escuro desejada.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O PD70-01B/TR7 pode ser usado em duas configurações principais: modo fotovoltaico (polarização zero) e modo fotocondutivo (polarização reversa). No modo fotovoltaico, gera uma tensão/corrente quando iluminado, sendo adequado para deteção simples de luz. No modo fotocondutivo (com uma tensão de polarização reversa aplicada, por exemplo, 5V), a velocidade de resposta é significativamente mais rápida e a linearidade é melhorada, tornando-o ideal para deteção de pulsos de alta velocidade, como em comandos à distância por IR. Um circuito de amplificador de transimpedância (TIA) é comumente usado para converter a pequena fotocorrente num sinal de tensão utilizável.

7.2 Considerações de Projeto

Os fatores-chave de projeto incluem:Polarização:Escolha o modo de operação com base nos requisitos de velocidade e linearidade.Largura de Banda:A baixa capacitância (implícita pelo tempo de comutação rápido) permite uma alta largura de banda quando emparelhada com um amplificador de baixo ruído adequado.Filtragem Ótica:O filtro de luz diurna integrado é benéfico, mas para aplicações específicas, podem ser necessários filtros óticos externos adicionais para bloquear comprimentos de onda indesejados.Layout da PCB:Mantenha o fotodíodo e o seu amplificador próximos para minimizar a capacitância parasita e a captação de ruído. Certifique-se de que o ânodo e o cátodo estão orientados corretamente de acordo com a marcação do encapsulamento.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com fotodíodos padrão ou fototransístores, a estrutura PIN do PD70-01B/TR7 oferece vantagens distintas. A região intrínseca (I) entre as camadas P e N reduz a capacitância de junção, permitindo tempos de resposta mais rápidos (tempo de comutação curto). Isto torna-o superior para transmissão de dados de alta velocidade via IR. A sua alta sensibilidade e parâmetros especificados de corrente de escuro proporcionam uma boa relação sinal-ruído. O filtro de luz diurna integrado é uma característica prática não encontrada em todos os fotodíodos básicos, simplificando o projeto para ambientes com luz ambiente.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

9.1 Qual é a finalidade do filtro de luz diurna?

O filtro de luz diurna atenua a sensibilidade no espectro de luz visível (aproximadamente 400-700 nm). Isto reduz o ruído e a interferência de fontes de luz ambiente, como a luz solar ou a iluminação da sala, permitindo que o dispositivo detete de forma mais fiável os sinais infravermelhos modulados de um comando à distância ou de outra fonte IR.

9.2 Como escolho o valor da resistência em série?

A resistência em série limita a corrente tanto em condições de escuridão como de iluminação. No modo de polarização reversa, o valor da resistência (R) pode ser estimado usando a Lei de Ohm: R ≈ (Tensão de Alimentação - Queda de Tensão Reversa do Díodo) / Corrente Máxima Esperada. A corrente deve ser mantida bem abaixo do limite máximo de dissipação de potência. Comece com um valor conservador (por exemplo, 10kΩ) e ajuste com base na amplitude do sinal e nos requisitos de velocidade.

9.3 Este sensor consegue detetar luz visível?

Embora a sua gama espectral comece em 730 nm (limite da luz vermelha visível), a sua sensibilidade no espectro visível é muito baixa devido ao filtro de luz diurna. É principalmente um detetor de infravermelhos otimizado para 940 nm. Para deteção de luz visível, seria necessário um fotodíodo sem filtro bloqueador de IR ou de luz diurna.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Fotodíodo de Silício PIN é um dispositivo semicondutor que converte luz em corrente elétrica. Quando fotões com energia superior à banda proibida do silício atingem o dispositivo, geram pares eletrão-lacuna na região de depleção. Numa estrutura PIN, uma ampla região intrínseca (I) é colocada entre as regiões do tipo P e do tipo N. Esta ampla região I cria uma área de depleção maior para absorção de fotões e, crucialmente, reduz a capacitância de junção. Sob polarização reversa, o campo elétrico arrasta estes portadores de carga para os contactos, gerando uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. O processo "planar" refere-se à técnica de fabrico, que normalmente produz dispositivos com desempenho estável e consistente.