Wie verwende ich die IR-Fotodiode SFH235 richtig?

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Ich habe eine SFH235 ir Fotodiode (welches Datenblatt finden Sie hier ) und nur Grundkenntnisse in Elektronik.

Ich möchte die Fotodiode an ein Arduino anschließen (der große Plan ist, eine IR-Diode hinzuzufügen und einen Abstandssensor zu bauen).

Ich verstehe, dass Fotodioden Strom erzeugen, und sie erzeugen mehr Strom, je intensiver das Licht ist, das darauf fällt.

Ich habe Schaltpläne gesehen, die Fotodioden genauso verbinden wie Fotowiderstände. Andere verbinden es mit einem "Opamp" (warum?) Und das sind auch die Artikel, die besagen, dass ich den Strom verstärken muss. Ich habe auch Kondensatoren in der Schaltung gesehen.

Welches ist der richtige Weg für meine Bewerbung? Wie kann ich die Fotodiode an den Analogeingang von Arduino anschließen (der die Spannung misst)?

arduino infrared photodiode Artium
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Antworten:

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Der einfachste Weg, eine Fotodiode anzuschließen (sogar eine LED kann auf diese Weise als Fotosensor verwendet werden), ist wie folgt:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Es ist zu beachten, dass die Fotodiode durch den 1-Meg-Widerstand R1 in Sperrrichtung vorgespannt ist. Der von der Diode erzeugte Photostrom wirkt dem Leckstromfluss durch diese in Sperrrichtung vorgespannte Diode entgegen, wobei der Widerstand mit mehr Licht am Diodenübergang zunimmt. Die Spannung am Übergangspunkt steigt somit mit zunehmendem Licht an.

Das Schema auf der linken Seite hat am ADC-Pin eine ziemlich niedrige Spannung. Um diese Spannung zu erhöhen, kann ein Operationsverstärker als nicht invertierender Verstärker verwendet werden, wie im Schaltplan rechts gezeigt. In dem gezeigten Beispiel ist diese Verstärkung Gain = 1 + (R3/R4) = 9.9182.

Diese Spannungsverstärkung führt zu einem höheren Messwert am ADC-Pin, wodurch möglicherweise ein größerer Teil des Eingangsspannungsbereichs des ADC verwendet wird.

Andere Anwendungen von Operationsverstärkern für Fotodioden umfassen:

  • als Transimpedanzverstärker zur direkten Verstärkung des Photostroms ohne Verwendung eines Vorspannungswiderstands
  • als Spannungsfolger (Einheitsverstärkungspuffer) für den zwischen Diode und Vorspannungswiderstand gebildeten Spannungsteiler

Hinweis:
Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Spannung nach der Verstärkung die 5-Volt-Versorgung nicht überschreitet. Wenn der Operationsverstärker über dieselbe 5-Volt-Versorgung wie der Arduino mit Strom versorgt wird, wird dies automatisch erledigt, da der Ausgang des Operationsverstärkers an seiner oberen Versorgungsschiene abgeschnitten wird, oder sogar niedriger, wenn der Operationsverstärker keine Schiene ist -zu-Schiene Typ.

Anindo Ghosh
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Wie kann ich die Eingangsspannung am ADC berechnen, wenn ich die einfache Methode (linker Schaltplan) verwende? Wie wähle ich einen Wert von R1? Was mich verwirrt ist, dass ich bei der Messung von Spannung, Strom und Widerstand der Fotodiode, die sich alle drei mit höherer IR-Lichtintensität geändert haben, dachte, dass nur der Stromwert ein Parameter ist, mit dem ich die IR-Intensität darstellen kann.
Artium
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@Artium Sie müssten die Spannung tatsächlich mit einer hochohmigen Methode messen (z. B. einer 10x oder besser 100x Sonde an einem Oszilloskop). Beginnen Sie einfach mit R1 = 1M und versuchen Sie dann 470k und 2.2M, um herauszufinden, welche am besten funktioniert. Das Messen der Spannung oder des Stroms würde den Wert ändern, da die Photostromgröße wirklich sehr klein ist und die Leckage durch eine typische kostengünstige Multimetersonde viele dieser Femto-Ampere abfließen lassen würde.
Anindo Ghosh
Würde also für die impliziten Eingangsschienen am Operationsverstärker in der Schaltung rechts die positive Schiene mit 5 V und die negative Schiene mit Masse verbunden sein?
Imallett
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@imallett Ja, die impliziten Versorgungsschienen würden, wie Sie sagen, mit +5 V und Masse verbunden.
Anindo Ghosh
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"Die Spannung am Verbindungspunkt steigt somit mit zunehmendem Licht an." Bei Verwendung der Schaltung links (mit Batterie anstelle von Arduino; Messen der Spannung am Verbindungspunkt relativ zur Masse mit einem Multimeter) erhalte ich genau das Gegenteil.
Imallett
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Wie die Mitglieder oben gesagt haben, können die Spannung und der Strom von Fotodioden sehr klein sein, insbesondere bei IR. Das für Instanz gezeigte OSRAM SFH203PFA kann unter Umgebungs- oder Netzbeleuchtung 0,25 bis 0,35 erzeugen, ohne Vorspannung jedoch nur eine 0,003 3 Millivolt-Welle, die von einem IR-Laser auf meinem Phillips-Oszilloskop getroffen wird. Die Verstärkung mit einem Operationsverstärker funktioniert bei mir.

Dave Bond
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