W ciągu ostatnich 2 dni starałem się samodzielnie wykonać projekt przy bardzo niskim poziomie światła, używając fotodiod i fototranzystorów. To jest dla ludzi takich jak ja i oryginalny plakat, którzy przesuwają wykrywanie światła bez fotopowielacza do granicy (poniżej 0,1 mW / cm ^ 2).
Spojrzałem na pierwszy moduł odbiornika, a jego minimalne wykrycie natężenia napromienienia wynosiło 0,2 mW / m ^ 2, co stanowi około 10 000 razy więcej (mniej zdolności) niż to, co mogą robić dyskretne fotodiody i fototranzystory (może oznaczały one cm ^ 2 zamiast m ^ 2? ). Ani też nie są dobre dla naprawdę niskich poziomów światła zgodnie z „Art of Electronics” (1 uA na uW światła na stronie 996), całkowicie niezdolnymi do zbliżenia się do tego, co może zrobić ludzkie oko z powodu prądu upływowego i hałasu. Opisuje użycie fotopowielaczy, które mogą być wymagane, jeśli poziom oświetlenia jest zbyt niski. Jednak w świecącym świetle przez palce w dobrze oświetlonym pokoju widzę, czego moje oko nie może wykryć na oscyliscope (zarówno z PhotoDiode, jak i PhotoTransistor).
Zakładając, że jego 1 uA na uW jest poprawny, oto przykład: fotodiody 5 mm i fototranzystory mają powierzchnię 20 mikro m ^ 2. Tak więc 1 uW / m ^ 2 (1/1 tysięcznego światła słonecznego w południe) wytworzyłby 20 uA (zgodnie z Art of Electr). [[1/1 000 światła słonecznego w południe to 1 W / m ^ 2, co jest około dwa razy silniejsze niż 20 W światła żarowego z odległości 1 metra (moc wyjściowa 6 W na powierzchnię 12 m ^ 2 otaczającej kuli). ]]
Jednak mój arkusz danych fototranzystora 880 nm wskazuje 600 uA przy 1 W / m ^ 2 (0,1 mW / cm ^ 2), co jest 30 razy więcej. Zakłada się, że całe światło znajduje się w aktywnym zakresie połączenia diody.
Sharp ma znacznie lepszą notę aplikacyjną, ale wydaje się, że brakuje mu wyjaśnienia, który projekt jest najlepszy w jakich sytuacjach. Rycina 13 najlepiej pasuje do tego, czego potrzebuję oryginalny plakat, a rycina 10B jest bardzo interesująca, ale nie wiem, co oznaczają przez „poprawę odpowiedzi”. http://physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf
W przypadku zastosowania ze wzmacniaczem operacyjnym fototranzystor może nie być w stanie uzyskać tak dobrego wzmocnienia jak fotodioda dla bardzo niskich poziomów światła, ponieważ wykorzystuje „tani” sposób uzyskania początkowego wzmocnienia (tranzystor zamiast wzmacniacza operacyjnego). Podejrzewam, że fotodioda ze wzmacniaczem operacyjnym JFET (bardzo niski prąd wejściowy) ostatecznie zapewni wyższy zysk przy mniejszym szumie. W każdym razie fotodioda lub fototranzystor z największym optycznym obszarem odbiorczym może mieć najlepszą zdolność do wykrywania niskich poziomów światła, ale może to również zwiększać hałas i wyciek o proporcjonalną ilość i zwykle stanowią one podstawowy problem. Istnieje więc ograniczenie tego rodzaju detekcji światła, a idealnie wydajne fototranzystory i fotodiody mogą ostatecznie być równie dobre, gdy są używane ze wzmacniaczem operacyjnym, ale teoretycznie podejrzewam, że fotodioda jest nieco lepsza.
W przypadku wzmacniacza operacyjnego z podwójnym zasilaniem można użyć pary rezystorów o niskiej wartości (dwa 1k dla 10 V Vcc, aby uzyskać odchylenie 5 mA), aby rozdzielić napięcie, aby stworzyć fałszywe uziemienie dla + Vin.
Znalazłem R = 1M dla rezystora sprzężenia zwrotnego znacznie lepiej niż R = 4,7M. Forrest Mimms w swojej prostej książce opto użył 10 M z równoległym 0,002uF i ogniwem słonecznym zamiast fototranzystora lub fotodiody dla „skrajnie” niskich poziomów światła (być może ogniwo słoneczne byłoby lepsze dla twojej aplikacji) Wydaje się, że wszystkie PN złącza wydają się do pewnego stopnia działać jako ogniwo słoneczne, ponieważ czytałem o zastosowaniu jasnych, małych obudów diod sygnałowych do wykrywania światła. Używam zwykłej diody LED 830 nm jako mojej „fotodiody”.
Duże znaczenie ma kąt obiektywu dowolnej diody optycznej 5 mm. +/- 10 stopni jest mniej więcej 4 razy bardziej czułe niż +/- 20 stopni .... jeśli źródło światła dochodzi z mniej niż +/- 10 stopni. Jeśli źródłem światła jest duży obszar o +/- 20 stopni z przodu, nie ma to znaczenia.
Testowałem dwa obwody poniżej. Mogłem wykryć impulsy 0,3 V, 5 ms na Vo fototranzystora, co oznacza 0,3 uA, co oznacza 0,05 uW / cm ^ 2, jeśli mój odczyt arkusza danych jest prawidłowy i jeśli pozostał liniowy (duży ifs) aż do 0,3uA. Może było to 5 uW / cm ^ 2. Jeśli 0,05 uW / cm ^ 2 jest poprawne, wówczas standardowa dioda LED 830 odczytywała do 0,5 uW / cm ^ 2. Świeciłem światłem 10 mW 830 nm przez 1 cm tkanki (mój palec). Wiem, że gdyby poziomy światła, z którymi pracowałem, były czerwone, byłby ledwo widoczny. Poniższy link pokazuje użycie 500 MΩ sprzężenia zwrotnego z fotodiodą, co wskazuje na znacznie niższe poziomy światła. Zwróć uwagę na orientację ich fotodiody, która jest taka sama jak mojej diody LED (wstecz od większości łączy internetowych). W ten sposób uzyskałem lepsze wyniki.
http://www.optics.arizona.edu/palmer/OPTI400/SuppDocs/pd_char.pdf
