Эта фотодиодная схема работает?

25

Оли использовал эту схему

введите описание изображения здесь

в ответ, и это также всплывает на изображениях Google тоже. Но работает ли это? Если это произойдет, теоретическое объяснение будет приветствоваться.

operational-amplifier photodiode

— stevenvh
источник

2

Кто-нибудь на самом деле пробовал это? Я видел развитые схемы, которые не имеют смысла, но все еще работают.

— Ракетный магнит

@ RocketMagnet Я только что сделал схему, и она работает. Кажется, что он работает с диодом, направленным в любом направлении, но схематическое представление обеспечивает лучшие результаты (если я не забыл, какая сторона светодиода какая).

— AndrejaKo

@Rocketmagnet - я тоже попробовал это во время обсуждения другого вопроса . Рад, что кто-то еще подтвердил это, спасибо Андрея.

— Оли Глейзер

2

Могу поспорить, что большинство людей, которые делают это таким образом, понятия не имеют, почему это работает.

— Федерико Руссо

23

В соответствии с этим фотодиод действительно генерирует ток, даже когда на нуле имеется нулевое напряжение; это ток короткого замыкания . Обратите внимание, что эталонное направление на диаграмме вопроса противоположно диода, поэтому выходное напряжение равно: $I_S$ $I_{SC}$

$V_{OUT} = - I_S \cdot R_F = I_{SC} \cdot R_F$

введите описание изображения здесь

Я нашел выше здесь .

Резонный вопрос: как можно создать ток при нулевом напряжении ?

Помните, что в области истощения есть внутреннее поле Е, даже когда клеммы диода закорочены вместе. Вкратце, светоизлучающие EHP вблизи области обеднения разделяются E-полем, что приводит к накоплению заряда на сторонах P и N (так образуется ). Короткое замыкание позволяет току восстановить баланс заряда. $V_{OC}$

— Альфред Центавра
источник

+1 - это многое бы объяснило. Я все еще хочу сохранить некоторые из моих скипсов, хотя: ток и отсутствие напряжения, разве это не зарезервировано для сверхпроводников? Кстати, не могли бы вы дать ссылку на документ, где вы нашли это?

— Stevenvh

V_{O C}

$V_{OC}$

5

отредактировано после ответа Альфреда

Классический инвертирующий усилитель выглядит так:

схема

Фотодиод создаст ток, который вызовет падение напряжения на резисторе. Операционный усилитель с отрицательной обратной связью попытается сделать оба входа равными, поэтому инвертирующий вход будет иметь напряжение 0 В, а ток через резистор создаст положительное выходное напряжение.

Почему я думал, что другая схема не будет работать? Если диод создает ток, можно предположить падение напряжения. Тогда напряжение на инвертирующем входе будет выше нуля, и операционный усилитель, пытаясь исправить это, увидит, что его выходной сигнал полностью опустится до отрицательной шины.

Однако график Альфреда показывает, что выходной сигнал может быть уменьшен до 0 В. Для этого необходимо, чтобы напряжение на диоде снижалось до нуля, пока еще есть ток. Вот еще один график из этого документа , который подтверждает ответ Альфреда:

введите описание изображения здесь

— stevenvh
источник

Светодиод в обратном + свете создает отрицательный ток от катода к аноду, поэтому операционный усилитель вырабатывает положительный ток = напряжение на резисторе для компенсации.

— Оли Глейзер

@ Оли - да, я тоже об этом говорю. Но это также относится к схеме в вопросе. Выход будет понижаться, если инвертирующий вход> неинвертирующий вход.

— Stevenvh

Я вижу - да, он должен выключаться, если светодиод наоборот, поэтому вам нужна двойная направляющая. Я только что подтвердил это с моей настройкой.

— Оли Глейзер

Я должен дать это -1, так как схема четко работает. Операционный усилитель заинтересован в выравнивании тока, генерируемого диодом. Нужно только установить его выход на то, что нужно для этого через Rf.

— Оли Глейзер

@ Оли - мне трудно поверить, что это действительно работает. Как и в случае с x uA, вы получаете y mV, а 2 x uA - 2 y mV. Это потребовало бы лучшего объяснения, чем мое описание работы инвертирующего усилителя.

— Stevenvh

2

Схема в вашем ответе использует фотоэлектрический эффект для усиления фототока, создаваемого диодом с трансимпедансным усилителем.

Схема в вашем вопросе основана на фотоэлектрическом эффекте, но направление тока неверно (рассмотрим солнечный элемент с одним диодом), и это имеет смысл только с конечным усилением (то есть с резистором, включенным последовательно с катодом). Существует также подразумеваемый источник фототока параллельно с диодом.

Насколько эффективен фотодиод в качестве фотоэлектрического источника, я не знаю, но подозреваю, что не очень.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Схема фотоэлектрического усилителя

Если подумать, R1 не нужен, поскольку даже если диод закорочен, фототок все равно будет течь (опять же, рассмотрите возможность закорачивания солнечного элемента).

— MikeJ-UK
источник

@stevenvh - Да, это будет верно для любого источника напряжения, подключенного к инвертирующему усилителю без входного резистора.

— MikeJ-UK

2

@stevenvh - я только что понял, что фотоэлектрический диод действительно является источником тока, а не источником напряжения, поэтому мой предыдущий комментарий не применим.

— MikeJ-UK

1

Я получил идею схемы ниже от p253 circuit J, "Art of Electronics", версия 1989 года. Замечание по применению Sharp также использует резистор на + Vin для операционного усилителя и фототранзистора, но не объясняет, что он делает.

Я проверил схему ниже с и без нижнего резистора: я не увидел никакого эффекта, когда вытащил короткое замыкание через нижний резистор: даже не изменилось усиление. Я тестирую импульсы с очень низким уровнем освещенности, используя обычные диоды 850 нм и 830 нм в качестве «фотодиодов». Я получил намного лучшее обнаружение, когда «фотодиод» был перевернут из диаграмм на этой странице. Это, вероятно, важно только при слабом освещении (менее 1 мВт / см ^ 2). Когда диод был ориентирован, как показано на этой странице, выходные данные не были инвертированы, в отличие от всех комментариев. Возможно, производители фотодиодов заявляют, что ориентация противоположна той, что есть на самом деле. Конденсатор от 0,0001 до 0,0047 мкФ на резисторе обратной связи помог уменьшить выбросы импульсов, но усугубил выбросы при очень низких уровнях освещенности.

Использование обратного смещения 880 нм фототранзистора с операционным усилителем (рис. 13 на остром замечании по применению) с 830 нм диодом, подающим свет, работал примерно в 10 раз лучше при низких уровнях освещения, чем простой светодиод 830 нм в качестве детектора, если импульсы были больше чем около 1 мс, и если был использован конденсатор через резистор обратной связи. Кажется, что возможно определение 0,01 мВт / см ^ 2.

Операционный усилитель - JFET для очень низких входных токов.

очень чувствительный фотоприемник

— Скотт Робертс
источник

Какой дизайн? Схема, показывающая, о чем вы говорите, сделает вашу точку зрения более ясной.

— Фотон

Это дизайн. Просто вставьте 1 резистор, где я указал. Вот резкое приложение к сведению, рисунок 13. physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf

— Скот Roberts

1. Ответы здесь должны быть полными сами по себе. Там нет фиксированного порядка различных ответов, поэтому, если вы ссылаетесь на другой ответ как «выше», или «ниже» или «это», большинство читателей не поймут, о чем вы говорите. Кроме того, когда у вас есть представитель, схема должна быть отредактирована в вашем ответе. 2. Я не вижу никакой связи между + Vin и диодом на рисунке, на который вы ссылаетесь, поэтому все еще неясно, о чем вы говорите. Если вы делаете схему, показывающую, что вы имеете в виду, и загружаете ее в Imgur или аналогичную службу, мы можем отредактировать ваш ответ, чтобы вставить изображение в линию.

— Фотон

ОК, схема добавлена в мой оригинальный пост.

— Скотт Робертс

Намного легче понять, что вы предлагаете сейчас. Но на фотодиоде по-прежнему 0 смещений (о чем спрашивал ОП). И в чем преимущество по сравнению с 9,4 МОм на пути обратной связи?

— Фотон

0

Не уверен, что это поможет, но я только что проверил схему ниже на макете, и она работает нормально. Чувствительность невелика, для регистрации чего-либо требуется достаточное количество света, а реакция не линейная, но она определенно измеряет, сколько света светит белый светодиод. Сопротивление влияет на чувствительность, большее сопротивление = более чувствительное - я настраивал его до тех пор, пока он не стал таким, каким я хотел, где-то около 100k-300k, я думаю.

Максимальное напряжение на выходе составляет около 4 В, но я думаю, что это ограничение LM358.

— Чарли Скилбек
источник