Czy ten obwód fotodiody działa?

25

Oli wykorzystał ten obwód

wprowadź opis zdjęcia tutaj

w odpowiedzi, i pojawia się również dużo na zdjęciach Google. Ale czy to działa? Jeśli to zrobi, teoretyczne wyjaśnienie będzie mile widziane.

operational-amplifier photodiode

— stevenvh
źródło

2

Czy ktoś rzeczywiście tego próbował? Widziałem rozwinięte obwody, które nie mają sensu, ale nadal działają.

— Rocketmagnet

@Rocketmagnet Właśnie wykonałem obwód i działa. Wydaje się, że działa z diodą skierowaną w dowolnym kierunku, ale schemat pokazuje lepsze wyniki (chyba że zapomniałem, która strona LED jest która).

— AndrejaKo

@Rocketmagnet - Próbowałem też podczas omawiania drugiego pytania . Cieszę się, że ktoś to potwierdził, dzięki Andreja.

— Oli Glaser,

2

Założę się, że większość ludzi, którzy robią to w ten sposób, nie ma pojęcia, dlaczego to działa.

— Federico Russo,

23

Zgodnie z tym fotodioda rzeczywiście wytwarza prąd, nawet gdy jest na nim zero woltów; to prąd zwarciowy . Zauważ, że kierunek odniesienia $I_S$ na schemacie pytania jest przeciwny do diody, więc napięcie wyjściowe wynosi: $I_{SC}$

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

enter image description here

Znalazłem powyżej tutaj .

Rozsądnym pytaniem jest, w jaki sposób można wytworzyć prąd o zerowym napięciu ?

Pamiętaj, że przez obszar zubożenia istnieje wewnętrzne pole E, nawet gdy zaciski diody są zwarte razem. W skrócie, generowane przez światło EHP w pobliżu obszaru zubożenia są oddzielone polem E, co powoduje akumulację ładunku po stronie P i N (w ten sposób opracowuje się ). Zwarcie pozwala prądowi przywrócić równowagę ładowania. $V_{OC}$

— Alfred Centauri
źródło

+1 - wiele by to wyjaśniało. Nadal jednak chcę zachować część mojej sccepsi: prąd i brak napięcia, czy nie było to zarezerwowane dla nadprzewodników? BTW, czy możesz podać link do dokumentu, w którym to znalazłeś?

— stevenvh,

@stevenvh, Dzięki, i dodałem link w mojej odpowiedzi. Pamiętaj, że przez obszar zubożenia istnieje wewnętrzne pole E, nawet gdy zaciski diody są zwarte razem. W skrócie, generowane przez światło EHP w pobliżu obszaru zubożenia są oddzielone polem E, co powoduje akumulację ładunku po stronie P i N (w ten sposób opracowuje się

). Zwarcie pozwala prądowi przywrócić równowagę ładowania.

V_{O C}

$V_{OC}$

— Alfred Centauri

5

edytowane po odpowiedzi Alfreda

Klasyczny wzmacniacz odwracający wygląda następująco:

obwód

Fotodioda wytworzy prąd, który spowoduje spadek napięcia na oporniku. Opamp z ujemnym sprzężeniem zwrotnym spróbuje wyrównać oba wejścia, więc wejście odwracające będzie wynosić 0 V, a prąd przez rezystor wytworzy dodatnie napięcie wyjściowe.

Dlaczego myślałem, że drugi obwód nie zadziała? Jeśli dioda wytworzy prąd, można przypuszczać, że nastąpi również spadek napięcia. Wtedy napięcie na wejściu odwracającym byłoby wyższe od zera, a opamp, próbując to naprawić, zobaczyłby, że jego moc wyjściowa spada aż do ujemnej szyny.

Wykres Alfreda pokazuje jednak, że wejście można obniżyć do 0 V przez wyjście. Wymaga to, aby napięcie na diodzie mogło spaść do zera, podczas gdy nadal występuje prąd. Oto kolejny wykres z tego dokumentu , który potwierdza odpowiedź Alfreda:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

— stevenvh
źródło

Dioda LED w odwrotnym świetle + wytwarza prąd ujemny z katody do anody, więc opamp wytwarza dodatni prąd = napięcie na rezystorze w celu kompensacji.

— Oli Glaser,

@Oli - tak, to samo mówię w odpowiedzi. Ale czy dotyczy to również obwodu, o którym mowa. Wyjście spadnie , jeśli wejście odwracające> wejście nieodwracające.

— stevenvh,

Rozumiem - tak, powinien się obniżyć, jeśli dioda LED jest odwrotnie, więc potrzebujesz podwójnej szyny. Właśnie to potwierdziłem w mojej konfiguracji.

— Oli Glaser,

Będę musiał dać to -1, ponieważ obwód wyraźnie działa. Opamp jest zainteresowany wyrównaniem prądu generowanego przez diodę. Musi jedynie ustawić swoje wyjście na wszystko, co jest potrzebne do zrobienia tego przez Rf.

— Oli Glaser,

@Oli - Trudno mi uwierzyć, że to naprawdę działa. Podobnie jak w x uA daje ci y mV out, a 2x uA daje ci 2y mV out. Wymagałoby to lepszego wyjaśnienia niż mój opis działania wzmacniacza odwracającego.

— stevenvh,

2

Obwód w odpowiedzi zależy od efektu fotoelektrycznego celu wzmocnienia fotoprądu wytwarzanego przez diodę ze wzmacniaczem transimpedancyjnym.

Obwód w twoim pytaniu opiera się na efekcie fotowoltaicznym, ale obecny kierunek jest zły (rozważ ogniwo słoneczne z pojedynczą diodą) i ma to sens tylko przy skończonym wzmocnieniu (tj. Z rezystorem szeregowym z katodą). Istnieje również domniemane źródło fotoprądu równolegle z diodą.

Jak wydajna byłaby fotodioda jako źródło fotowoltaiczne Nie wiem, ale podejrzewam, że niezbyt.

EDYTOWAĆ

Obwód wzmacniacza fotowoltaicznego

Z drugiej strony R1 nie jest konieczne, ponieważ nawet jeśli dioda jest zwarta, fotoprąd nadal będzie płynął (ponownie, rozważ zwarcie ogniwa słonecznego).

— MikeJ-UK
źródło

@stevenvh - Tak, dotyczy to każdego źródła napięcia podłączonego do wzmacniacza odwracającego bez rezystora wejściowego.

— MikeJ-UK,

2

@stevenvh - Właśnie zdałem sobie sprawę, że dioda fotowoltaiczna jest tak naprawdę źródłem prądu, a nie źródłem napięcia, więc mój poprzedni komentarz nie ma zastosowania.

— MikeJ-UK,

1

Pomysł obwodu uzyskałem poniżej z p253 obwodu J, „Art of Electronics”, wersja z 1989 roku. Uwaga aplikacji Sharp używa również rezystora na + Vin do wzmacniacza operacyjnego i fototranzystora, ale nie wyjaśnia, co robi.

Przetestowałem poniższy obwód z dolnym opornikiem i bez niego: nie widziałem żadnego efektu, gdy wyciągnąłem zwarcie nad dolnym opornikiem: nawet zmiany wzmocnienia. Testuję przy bardzo niskim poziomie impulsu świetlnego, używając zwykłych diod 850 nm i 830 nm jako „fotodiod”. Dostałem znacznie lepsze wykrywanie, gdy „fotodioda” została odwrócona od schematów na tej stronie. Jest to prawdopodobnie ważne tylko przy słabym oświetleniu (mniej niż 1 mW / cm ^ 2). Gdy dioda była zorientowana, jak pokazano na tej stronie, wyjście nie zostało odwrócone, w przeciwieństwie do komentarzy wszystkich. Być może producenci fotodiod oświadczają, że orientacja jest odwrotna niż jest w rzeczywistości. Kondensator 0,0001 do 0,0047 uF nad rezystorem sprzężenia zwrotnego pomógł zmniejszyć impulsy na impulsach, ale pogorszył te impulsy przy bardzo niskim poziomie oświetlenia.

Zastosowanie fototranzystora z przesunięciem wstecznym 880 nm ze wzmacniaczem operacyjnym (ryc. 13 w ostrej notatce o zastosowaniu) z diodą 830 nm zasilającą światło działało około 10 razy lepiej przy niskim poziomie światła niż zwykła dioda LED 830 nm jako detektor, jeśli impulsy byłyby większe niż około 1 ms i jeśli zastosowano kondensator nad opornikiem słabym. Wydaje się, że możliwe jest wykrycie 0,01 mW / cm ^ 2.

Wzmacniacz operacyjny to JFET dla bardzo niskich prądów wejściowych.

bardzo czuły fotodetektor

— Scott Roberts
źródło

Jaki projekt Schemat pokazujący, o czym mówisz, wyjaśniłby twój punkt widzenia.

— Photon

Ten projekt Po prostu włóż 1 opornik tam, gdzie wskazałem. Oto ostra nota aplikacyjna, rysunek 13. physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf

— Scott

1. Oczekuje się, że odpowiedzi tutaj będą same w sobie kompletne. Nie ma ustalonej kolejności różnych odpowiedzi, więc jeśli odniesiesz się do innej odpowiedzi jako „powyżej”, „poniżej” lub „to”, większość czytelników nie będzie wiedzieć, o czym mówisz. Ponadto, gdy masz przedstawiciela, schemat powinien być edytowany w odpowiedzi. 2. Nie widzę żadnego związku między + Vin a diodą na rysunku, do którego się odwołujesz, więc nadal nie jest oczywiste, o czym mówisz. Jeśli stworzysz schemat pokazujący, co masz na myśli, i prześlesz do Imgur lub podobnej usługi, możemy edytować twoją odpowiedź, aby wstawić obraz.

— Photon

OK, schemat dodany do mojego oryginalnego postu.

— Scott Robert

Znacznie łatwiej zrozumieć, co teraz sugerujesz. Ale nadal jest 0 stronniczość w poprzek fotodiody (o co pytał OP). Jaka jest korzyść w porównaniu z posiadaniem 9,4 MOhm na ścieżce sprzężenia zwrotnego?

— Photon

0

Nie jestem pewien, czy to pomaga, ale właśnie przetestowałem poniższy obwód na płytce ściekowej i działa dobrze. Czułość nie jest duża, potrzebuje sporo światła, aby zarejestrować cokolwiek, a odpowiedź nie jest liniowa, ale zdecydowanie mierzy, ile światła świeci na nią biała dioda LED. Opór wpływa na czułość, większy opór = bardziej czuły - dostosowywałem go, aż było to tak, jak chciałem, gdzieś około 100k-300k.

Napięcie na wyjściu wynosi około 4 V, ale myślę, że jest to ograniczenie LM358.

— Charlie Skilbeck
źródło