Was sind die relevanten Parameter für einen in Sperrrichtung vorgespannten LED-Lichtsensor?

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Nach dieser Appnote (PDF) zur Verwendung von Fotodioden schließe ich eine IR-LED als Lichtsensor und Emitter an, die wie folgt konfiguriert ist:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Um Licht zu emittieren, ziehe ich PIN1hoch und PIN2niedrig; R2dient als Strombegrenzungswiderstand. Um Licht zu erkennen, ziehe ich PIN2hoch und verbinde mich PIN1mit einem ADC. U$1und R1bilden einen Spannungsteiler, und die Spannung an PIN1ist proportional zur Lichtmenge.

Was mich interessiert, ist der beste Wert für R1und seine Beziehung zu Ausgangsspannung und Reaktionszeit. Die Appnote enthält eine Formel zur Berechnung der Antwortzeit, lässt jedoch Begriffe undefiniert. Der aktuelle Wert von 20 M basierte auf Experimenten mit einem Steckbrett; Bei diesem Wert ergeben sich vernünftige Ergebnisse zwischen 0 und 0,15 Volt für reflektiertes Licht von einer anderen identischen LED und etwas über 5 V, wenn ich die emittierende LED direkt auf den Detektor zeige.

Ich möchte die Empfindlichkeit bei schlechten Lichtverhältnissen erhöhen, weiß aber nicht, wie viel ich sicher tun kann, ohne die Reaktionszeit zu beeinträchtigen. Meine Zielkomponente ist auch nicht die gleiche wie die, die ich auf dem Steckbrett verwendet habe, und ich weiß nicht, welche Parameter der LED die Ausgangsspannung beeinflussen. In einer Nussschale:

  • Wie bestimme ich die Reaktionszeit dieser Schaltung in ihrer Erkennungskonfiguration?
  • Wie kann ich bestimmen, welcher Spannungspegel an PIN1 mit einem bestimmten Wert von R1 und einem bestimmten Lichtpegel zu erwarten ist?
led sensor light infrared Nick Johnson
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Was Olin sagt (wie immer :-)). Das ist eine absolut hervorragende Anwendungsnotiz - danke, dass Sie darauf aufmerksam gemacht haben. Wie in der App-Anmerkung angegeben, bezieht sich die Antwortzeit auf R, & C_LED. UND C_LED bezieht sich auf die Sperrvorspannung _- Cd (siehe App-Hinweis). Wenn Sie die umgekehrte Vorspannung reduzieren können, verbessern Sie die Reaktionszeit, wahrscheinlich auf Kosten der Empfindlichkeit - aber dies gibt Ihnen einen weiteren Parameter, mit dem Sie spielen können.
Russell McMahon
@Russell Was mich verwundert, ist die Definition von C_LED - die meisten Begriffe sind definiert, aber Anirgendwo definiert V_Dund nhaben keine wirkliche Erklärung für ihre Werte.
Nick Johnson
Ich würde (möglicherweise fälschlicherweise) annehmen, dass A eine Konstante ist - dh das Delta-Potential multipliziert mit einer geräteabhängigen Konstante. Sie sagen "n: 2-3", was bedeutet, dass Sie 1/3 bis 1/2 vom Ergebnis abziehen. dh es ist empirisch. Ich gehe auch davon aus, dass dies in pF ist (da Farads etwas groß erscheint :-)). Eine strengere Version dieser Formel könnte gefunden werden, aber der Hauptpunkt ist, dass die Kapazität mit der Vorspannung über einem bestimmten Grenzwert zunimmt.
Russell McMahon
Link scheint gestorben zu sein, gibt es eine Möglichkeit, zumindest den Titel zu bearbeiten?
user2813274

Antworten:

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Es gibt keine guten Antworten auf diese Fragen, da LEDs für die Emission von Licht vorgesehen sind und daher die Parameter, die Sie zur Beantwortung Ihrer Fragen benötigen, nicht angegeben sind.

Eine als Lichtsensor in Sperrrichtung vorgespannte LED ist eine Stromquelle, die proportional zum Lichtpegel ist. Als Stromquelle hat sie eine sehr hohe Impedanz (eine perfekte Stromquelle hat eine unendliche Impedanz). Die Reaktionszeit ist proportional zum Widerstand des Knotens multipliziert mit der Kapazität. Da die Kapazität parasitär ist, ist es schwer zu erraten und hängt stark von der jeweiligen LED und dem Layout ab. Der Widerstand ist der absichtliche Widerstand R1 parallel zu einem beliebigen Leckwiderstand, und der Widerstand der LED ist eine unvollständige Stromquelle. Abgesehen von R1 sind diese wiederum schwer zu erraten. 20 MΩ sind so hoch, dass Leckagen ein wichtiger Faktor sein können. Sogar Schmutz auf der Platine und Umgebungsfeuchtigkeit spielen bei dieser Impedanz eine Rolle.

Die Bestimmung der Spannung muss erneut experimentell erfolgen. Wenn Sie keine ungewöhnliche LED haben, die auch für den Rückwärtsbetrieb vorgesehen ist, erhalten Sie keine Spezifikation. Testen Sie einige und lassen Sie viel Raum für Gerätevariationen.

Ich würde mit etwas Verstärkung einen erheblich niedrigeren Widerstand verwenden. Der niedrigere Widerstand verringert die Reaktionszeit und macht die Dinge vorhersehbarer, indem der Leckwiderstand im Vergleich zu unwichtig klein genug gemacht wird. Sie erhalten derzeit Ausgänge von 150 mV bis 5 V mit 20 MΩ. Mit 2 MΩ betragen diese Spannungen stattdessen 15 mV bis 500 mV, was immer noch groß genug ist, damit viele Operationsverstärker zuverlässig verstärken können, und niedrig genug sein sollte, um Leckagen ignorierbar zu machen. Es kann immer noch zu langsam sein. In diesem Fall können Sie einen niedrigeren Widerstand mit besserer Verstärkung verwenden.

Ein weiterer Punkt ist, dass wenn Ihre Versorgung groß genug ist, um 5 V an R1 zu liefern, Sie bei schlechten Lichtverhältnissen möglicherweise zu viel Sperrspannung an die LED anlegen. Überprüfen Sie die LED - Datenblatt (dies in der Regel ist angegeben) und stellen Sie sicher , dass Sie nicht die Sperrspannung Grenze zu überschreiten. Mit einem niedrigeren Widerstand können Sie eine niedrigere Sperrspannung verwenden.

Olin Lathrop
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Vielen Dank. Ich spanne es nur in umgekehrter Richtung auf 5 V vor, was innerhalb des absoluten Maximums im Datenblatt liegt. Es hört sich so an, als würde ich dies nur durch Experimentieren feststellen. Ist der Leckwiderstand die Quelle dessen, was in der technischen Anmerkung als "Dunkelstrom" beschrieben wird?
Nick Johnson
@Nick: Wie gesagt, die LED in umgekehrter Richtung sieht meistens wie eine Lichtquelle aus, die proportional zum Licht ist. Es ist kein Leckwiderstand so viel wie ein lichtabhängige Leckstrom . Dunkelstrom ist der LED-Rückleckstrom ohne Licht. Sie können sich das als Gleichstromversatz vorstellen, wenn Sie es in einer Lichtmessanwendung verwenden.
Olin Lathrop
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LEDs haben eine umgekehrte Kapazität und dies ist für einige Anwendungen ein echtes Problem. Ich habe experimentell festgestellt, dass die Sperrkapazität einiger blauer Dioden (insbesondere in USV-Frontplatten) bis zu 300 pF betragen kann und sehr spannungsabhängig ist, sodass sie bei Lichtschutz tatsächlich als Varicaps verwendet werden können. Dies kann eine Störquelle sein, wenn dies zu einer Instabilität des Reglers oder der Ausgangsstufe führt.

Rätsel
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