Как правильно использовать ИК фотодиод SFH235?

У меня есть фотодиод SFH235 (который можно найти здесь ) и только базовые знания по электронике.

Я хочу подключить фотодиод к Arduino (грандиозный план - добавить инфракрасный диод и построить датчик расстояния).

Я понимаю, что фотодиод производит ток, и он производит больше тока, чем интенсивнее свет, падающий на него.

Я видел схемы, которые соединяют фотодиоды так же, как подключаются фоторезисторы. Другие связывают его с «операционным усилителем» (почему?). И это также те статьи, в которых говорится, что мне нужно усилить ток. Я также видел конденсаторы, добавленные в цепь.

Какой правильный путь для моего заявления? Как я могу подключить фотодиод к аналоговому входу Arduino (который измеряет напряжение)?

arduino infrared photodiode

— Artium
источник

Простейший способ подключения фотодиода (в качестве фотодатчика можно использовать даже светодиод):

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Обратите внимание, что фотодиод смещен в обратном направлении через резистор 1 мегагерца R1. Фототок, генерируемый диодом, противодействует протеканию тока утечки через этот обратный смещенный диод, причем указанное сопротивление увеличивается с увеличением количества света на диодном переходе. Напряжение в точке соединения, таким образом, увеличивается в напряжении с увеличением света.

Схема слева будет иметь довольно низкое напряжение на выводе АЦП. Для увеличения этого напряжения в качестве неинвертирующего усилителя можно использовать операционный усилитель, как показано на схеме справа. В показанном примере это усиление равно Gain = 1 + (R3/R4) = 9.9182.

Это усиление напряжения приводит к большему показанию на выводе АЦП, потенциально используя большую часть диапазона входного напряжения АЦП.

Другие применения операционных усилителей для фотодиодов включают в себя:

в качестве трансимпедансного усилителя для прямого усиления фототока без использования смещающего резистора
в качестве повторителя напряжения (буфер единичного усиления) для делителя напряжения, сформированного между диодом и резистором смещения

Примечание. Однако
необходимо убедиться, что напряжение после усиления не превышает 5 Вольт. Если на операционный усилитель подается то же напряжение 5 В, что и на Arduino, об этом автоматически заботятся, так как выход операционного усилителя обрезается на его верхней шине питания, или даже ниже, если операционный усилитель не является шиной Железнодорожный тип.

— Аниндо Гош
источник

Если я использую простой способ (схема слева), как я могу рассчитать входное напряжение на АЦП? Как выбрать значение R1? Что меня смущает, так это то, что когда я измерял напряжение, ток и сопротивление фотодиода, все три изменялись с увеличением интенсивности света, я думал, что только текущее значение является параметром, который я могу использовать для представления их интенсивности.

— Artium

@Artium Вам нужно было бы измерить напряжение, используя метод высокого импеданса (например, 10-кратный или лучше 100-кратный датчик на осциллографе). Точно так же, просто начните с R1 = 1M, затем попробуйте 470k и 2.2M, чтобы увидеть, что работает лучше всего. Измерение напряжения или тока приведет к изменению значения, поскольку величина фототока действительно очень мала, а утечка через типичный недорогой мультиметровый зонд приведет к утечке большого количества этих фемтоампер.

— Аниндо Гхош

Таким образом, для неявных входных шин на операционном усилителе в цепи справа, будет ли положительная шина подключена к 5 В, а отрицательная шина - к земле?

— Ималлетт

@imallett Да, неявные рельсы питания будут подключены к + 5 В и заземлению, как вы говорите.

— Аниндо Гош

«Напряжение в точке соединения, таким образом, увеличивается в напряжении с увеличением света». Используя схему слева (с батареей вместо Arduino; измеряя напряжение в точке соединения относительно земли с помощью мультиметра), я получаю с точностью до наоборот.

— Ималлетт

Как уже сказали члены, напряжение и ток от фотодиодов могут быть очень маленькими, особенно с ИК. OSRAM SFH203PFA, показанный для Instance, может давать 0,25-0,35 при освещении в окружающем или сетевом освещении, но без смещения генерирует только 0,003 милливольтную волну, попадающую ИК-лазером на мой осциллограф Phillips. Усиление с использованием операционного усилителя работает для меня.

— Дейв Бонд
источник