Jak prawidłowo korzystać z fotodiody IR SFH235?

10

Mam fotodiodę IR SFH235 (której arkusz danych można znaleźć tutaj ) i tylko podstawową wiedzę na temat elektroniki.

Chcę podłączyć fotodiodę do Arduino (wielki plan polega na dodaniu diody IR i zbudowaniu czujnika odległości).

Rozumiem, że fotodioda wytwarza prąd i wytwarza więcej prądu, im intensywniejsze padające na niego światło.

Widziałem schematy, które łączą fotodiody w taki sam sposób jak fotorezystory. Inni łączą to z „opampem” (dlaczego?) I to są również te artykuły, które mówią, że muszę wzmocnić prąd. Widziałem także kondensatory dodane do obwodu.

Jaki jest właściwy sposób dla mojej aplikacji? Jak mogę podłączyć fotodiodę do wejścia analogowego Arduino (który mierzy napięcie)?

arduino infrared photodiode Artium
źródło

Odpowiedzi:

9

Najprostszym sposobem podłączenia fotodiody (nawet diody LED można użyć w ten sposób jako fotoczujnika) jest jak poniżej:

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Należy zwrócić uwagę, że fotodioda jest odchylana w kierunku odwrotnym przez rezystor R1 1 Meg. Fotoprąd generowany przez diodę przeciwstawia się przepływowi prądu upływu przez tę diodę z przeciwną tendencją, wspomniany opór rośnie wraz z większą ilością światła na złączu diody. Napięcie w punkcie połączenia wzrasta zatem wraz ze wzrostem światła.

Schemat po lewej stronie będzie miał dość niskie napięcie na pinie ADC. Aby zwiększyć to napięcie, można zastosować wzmacniacz operacyjny jako wzmacniacz nieodwracający, jak pokazano na schemacie po prawej stronie. W pokazanym przykładzie zysk ten wynosi Gain = 1 + (R3/R4) = 9.9182.

To wzmocnienie napięcia powoduje większy odczyt na pinie ADC, potencjalnie wykorzystując większą część zakresu napięcia wejściowego ADC.

Inne zastosowania wzmacniaczy operacyjnych do fotodiod obejmują:

  • jako wzmacniacz transimpedancji, do bezpośredniego wzmocnienia prądu światłoczułego, bez użycia rezystora polaryzującego
  • jako popychacz napięcia (bufor wzmocnienia jedności) dla dzielnika napięcia utworzonego między diodą a opornikiem oporowym

Uwaga:
Należy jednak upewnić się, że napięcie po wzmocnieniu nie przekracza 5 woltów zasilania. Jeśli wzmacniacz operacyjny jest zasilany z tego samego źródła zasilania 5 V co Arduino, jest to automatycznie rozwiązywane, ponieważ moc wyjściowa wzmacniacza zostaje zablokowana na górnej szynie zasilającej lub nawet niższa, jeśli wzmacniacz operacyjny nie jest szyną typ na szynę.

Anindo Ghosh
źródło
Jeśli korzystam z prostego sposobu (lewy schemat), jak mogę obliczyć napięcie wejściowe na ADC? Jak wybrać wartość R1? To, co mnie dezorientuje, to to, że kiedy mierzyłem napięcie, prąd i rezystancję fotodiody, wszystkie trzy zmieniły się wraz z wyższym natężeniem światła IR, myślałem, że tylko wartość prądu jest parametrem, którego mogę użyć do przedstawienia natężenia promieniowania IR.
Artium
2
@ Art Musisz zmierzyć napięcie za pomocą metody o wysokiej impedancji (takiej jak sonda 10x lub lepsza, 100x na oscyloskopie). Podobnie, po prostu zacznij od R1 = 1M, a następnie wypróbuj 470k i 2.2M, aby zobaczyć, który działa najlepiej. Czynność pomiaru napięcia lub prądu zmieniłaby wartość, ponieważ wielkość fotoprądu jest naprawdę bardzo mała, a wyciek przez typową niedrogą sondę multimetrową odprowadziłby wiele tych femtoAmperes.
Anindo Ghosh
Czy w przypadku niejawnych szyn wejściowych wzmacniacza operacyjnego w obwodzie po prawej stronie szyna dodatnia byłaby podłączona do napięcia 5 V, a szyna ujemna do masy?
imallett,
2
@imallett Tak, niejawne szyny zasilające byłyby podłączone do + 5 V i uziemienia, jak mówisz.
Anindo Ghosh
1
„Napięcie w punkcie połączenia wzrasta zatem wraz ze wzrostem światła”. Korzystając z obwodu po lewej (z baterią zamiast Arduino; mierząc napięcie w punkcie połączenia względem ziemi za pomocą multimetru), otrzymuję dokładnie odwrotnie.
imallett
2

Jak powiedzieli członkowie powyżej, napięcie i prąd z fotodiod mogą być bardzo małe, szczególnie w przypadku podczerwieni. OSRAM SFH203PFA pokazany dla Instancji może wytwarzać 0,25-0,35 w oświetleniu otoczenia lub sieci, ale bez uprzedzeń powoduje tylko falę 0,003 3 miliwoltów uderzoną laserem IR na moim oscyloskopie Phillips. Wzmacnianie za pomocą wzmacniacza operacyjnego działa dla mnie.

Dave Bond
źródło