Bagaimana Cara Menggunakan SFH235 IR Photodiode dengan Benar?

10

Saya memiliki diode foto-SFH235 ir (yang datasheet dapat ditemukan di sini ) dan hanya pengetahuan dasar elektronik.

Saya ingin menghubungkan fotodioda ke Arduino (rencana besarnya adalah menambahkan dioda ir dan membangun sensor jarak).

Saya mengerti bahwa fotodioda menghasilkan arus, dan menghasilkan lebih banyak arus, semakin intensif cahaya yang jatuh di atasnya.

Saya telah melihat skema yang menghubungkan fotodioda dengan cara yang sama seperti photoresistors sedang terhubung. Orang lain menghubungkannya ke "opamp" (mengapa?) Dan itu juga artikel-artikel yang mengatakan saya perlu memperkuat arus. Saya juga melihat kapasitor ditambahkan ke sirkuit.

Mana cara yang benar untuk aplikasi saya? Bagaimana saya bisa menghubungkan fotodioda ke input analog Arduino (yang mengukur tegangan)?

arduino infrared photodiode Artium
sumber

Jawaban:

9

Cara paling sederhana untuk menghubungkan fotodioda (bahkan LED dapat digunakan dengan cara ini sebagai fotosensor) adalah sebagai berikut:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Perhatikan bahwa fotodioda bias terbalik melalui resistor 1 Meg R1. Foto arus yang dihasilkan oleh dioda menentang aliran arus bocor melalui dioda bias terbalik ini, kata oposisi meningkat dengan lebih banyak cahaya di persimpangan dioda. Tegangan pada titik persimpangan dengan demikian naik tegangan dengan peningkatan cahaya.

Skema di sebelah kiri akan memiliki tegangan yang cukup rendah di pin ADC. Untuk meningkatkan tegangan ini, op amp dapat digunakan sebagai penguat non-pembalik, seperti yang ditunjukkan dalam skema di sebelah kanan. Dalam contoh yang ditunjukkan, gain ini adalah Gain = 1 + (R3/R4) = 9.9182.

Penguatan tegangan ini menghasilkan pembacaan yang lebih besar pada pin ADC, yang berpotensi memanfaatkan sebagian besar rentang tegangan input ADC.

Aplikasi op-amp lainnya untuk fotodioda meliputi:

  • sebagai penguat transimpedansi, untuk secara langsung memperbesar arus listrik, tanpa menggunakan resistor biasing
  • sebagai pengikut tegangan (buffer gain kesatuan) untuk pembagi tegangan yang terbentuk antara dioda dan resistor biasing

Catatan:
Namun, seseorang harus memastikan bahwa tegangan setelah amplifikasi tidak melebihi pasokan 5 Volt. Jika op-amp diberi daya dari suplai 5 Volt yang sama dengan Arduino, ini otomatis diatasi, karena keluaran op-amp akan terpotong di rel pasokan atas, atau bahkan lebih rendah jika op-amp bukan rel tipe -untuk-rel.

Anindo Ghosh
sumber
Jika saya menggunakan cara sederhana (skematis kiri) bagaimana saya bisa menghitung tegangan input pada ADC? Bagaimana cara saya memilih nilai R1? Yang membingungkan saya adalah ketika saya mengukur tegangan, arus, dan resistansi fotodioda, ketiganya berubah dengan intensitas cahaya yang lebih tinggi, saya berpikir bahwa hanya nilai arus yang merupakan parameter yang dapat saya gunakan untuk mewakili intensitas ir.
Artium
2
@ Artium Anda harus benar-benar mengukur tegangan menggunakan metode impedansi tinggi (seperti 10x, atau lebih baik, probe 100x pada osiloskop). Demikian pula, mulailah dengan R1 = 1M, lalu coba 470k dan 2.2M, untuk melihat mana yang paling berhasil. Tindakan mengukur voltase atau arus akan mengubah nilainya, karena magnitudo arus fotonya benar-benar sangat kecil, dan kebocoran melalui probe multimeter tipikal yang murah akan menguras banyak femtoAmperes.
Anindo Ghosh
Jadi untuk rail input implisit pada op-amp di sirkuit di sebelah kanan, apakah rail positif terhubung ke 5V dan rail negatif ke ground?
Imallett
2
@ imallett Ya, rel suplai implisit akan terhubung ke + 5v dan ground, seperti yang Anda katakan.
Anindo Ghosh
1
"Tegangan di titik persimpangan dengan demikian naik tegangan dengan peningkatan cahaya." Menggunakan sirkuit di sebelah kiri (dengan baterai bukan Arduino; mengukur tegangan pada titik persimpangan relatif ke tanah dengan multimeter), saya mendapatkan hal sebaliknya.
imallett
2

Seperti yang Anggota katakan di atas, Tegangan & Arus dari Foto-dioda bisa sangat kecil, terutama dengan IR. OSRAM SFH203PFA yang diperlihatkan untuk Instance dapat menghasilkan 0,25-0,35 dalam pencahayaan Ambient atau Induk, tetapi tanpa Bias hanya menghasilkan gelombang 0,003 3 Millivolt yang dipukul oleh Laser IR pada Osiloskop Phillips saya. Amplifikasi menggunakan Op Amp bekerja untuk saya.

Dave Bond
sumber