Последние два дня я пытался сделать проект с очень низким уровнем освещенности с помощью фотодиодов и фототранзисторов. Это для людей вроде меня и оригинального плаката, которые выдвигают детектирование света без фотоумножителя до предела (ниже 0,1 мВт / см ^ 2).
Я посмотрел на первый модуль приемника, и его минимальное обнаружение излучения составило 0,2 мВт / м ^ 2, что примерно в 10 000 раз больше (меньше возможностей), чем то, что могут сделать дискретные фотодиоды и фототранзисторы (возможно, они имели в виду см ^ 2 вместо m ^ 2? ). Ни один из них не подходит для действительно низких уровней освещенности в соответствии с «Art of Electronics» (1 мкА на мкВт света на стр. 996), совершенно не способных приблизиться к тому, что может сделать человеческий глаз из-за тока утечки и шума. Он описывает использование фотоумножителей, которые могут потребоваться, если уровень освещения слишком низкий. Тем не менее, светя сквозь пальцы в хорошо освещенной комнате, я вижу, что мой глаз не может обнаружить на осциллографе (с фотодиодом или фототранзистором).
Предполагая, что его 1 мкА на мкВт является правильным, вот пример: 5-мм фотодиоды и фототранзисторы имеют площадь 20 мкм 2. Таким образом, 1 мкВт / м ^ 2 (1/1000 полуденного солнечного света) будет генерировать 20 мкА (в соответствии с Art of Electr). [[1/1000 солнечного света в полдень составляет 1 Вт / м ^ 2, что примерно в два раза сильнее, чем 20 Вт накаливания на 1 м (выходная мощность 6 Вт на площадь поверхности 12 м ^ 2 окружающей сферы). ]]
Тем не менее, мой 880nm фототранзистор спецификации указывает 600 мкА при 1 Вт / м ^ 2 (0,1 мВт / см ^ 2), что в 30 раз больше. Это предполагает, что весь свет находится в пределах активного диапазона диодного перехода.
У Sharp гораздо лучше замечание по применению, но, похоже, ему не хватает объяснения, какой дизайн лучше подходит для каких ситуаций. Рисунок 13 наиболее применим к тому, какой оригинальный плакат и мне нужен, а рисунок 10B очень интересен, но я не знаю, что они имеют в виду под «улучшением реакции». http://physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf
При использовании с операционным усилителем фототранзистор может не обладать таким же хорошим коэффициентом усиления, как фотодиод для очень низких уровней освещенности, поскольку он использует «дешевый» метод получения своего начального усиления (транзистор вместо операционного усилителя). Я подозреваю, что фотодиод с операционным усилителем JFET (очень низкий входной ток) в конечном итоге обеспечит более высокое усиление при меньшем уровне шума. В любом случае фотодиод или фототранзистор с самой большой оптической приемной областью может обладать наилучшей способностью обнаруживать низкие уровни освещенности, но это также может увеличить шум и утечку на пропорциональную величину, и они обычно являются основной проблемой. Таким образом, существует предел для этого типа обнаружения света, и идеально эффективные фототранзисторы и фотодиоды могут в конечном итоге быть одинаково хорошими при использовании с операционным усилителем, но теоретически я подозреваю, что фотодиод немного лучше.
Для операционного усилителя с двумя источниками питания можно использовать пару резисторов с «низкой» оценкой (два 1 кОм для 10 В пост. Тока, чтобы получить смещение 5 мА), чтобы разделить напряжение и создать ложное заземление для + Vin.
Я нашел R = 1M для резистора обратной связи намного лучше, чем R = 4,7M. Форрест Миммс в своей простой книге опт использовал 10 М с параллельным 0,002 мкФ и солнечную батарею вместо фототранзистора или фотодиода для "крайне" низких уровней освещенности "(возможно, солнечная батарея была бы лучше для вашего приложения) Кажется, все PN кажется, что соединения в некоторой степени функционируют как солнечный элемент, поскольку я читал об использовании небольших сигнальных диодов в прозрачном корпусе для обнаружения света. В качестве «фотодиода» я использую обычный 830 нм светодиод.
Угол объектива любого 5-мм оптического диода, который вы используете, имеет большое значение. +/- 10 градусов примерно в 4 раза более чувствительны, чем +/- 20 градусов .... если источник света приближается от +/- 10 градусов. Если источником света является большая область, которая находится на +/- 20 градусов впереди, то это не имеет значения.
Я проверил две схемы ниже. Я мог обнаружить 0,3 В, 5 мс импульсов на Vo фототранзистора, что означает 0,3 мкА, что означает 0,05 мкВт / см ^ 2, если мое чтение таблицы данных правильное, и если оно оставалось линейным (большие if) вплоть до 0,3 мкА. Может быть, это было 5 мкВт / см ^ 2. Если 0,05 мкВт / см ^ 2 правильно, то готовый светодиод 830 считывал значение до 0,5 мкВт / см ^ 2. Я светил 10 мВт 830 нм через 1 см ткани (мой палец). Я знаю, что если бы уровни освещения, с которыми я работал, были красными, это было бы едва заметно. Ссылка ниже показывает использование обратной связи на 500 МОм с фотодиодом, что указывает на гораздо более низкие уровни освещенности. Обратите внимание на ориентацию их фотодиода, который совпадает с моим светодиодом (в обратном направлении от большинства интернет-ссылок). Я получил лучшие результаты таким образом.
http://www.optics.arizona.edu/palmer/OPTI400/SuppDocs/pd_char.pdf
