Come utilizzare correttamente il fotodiodo IR SFH235?

Ho un fotodiodo a infrarossi SFH235 (quale scheda tecnica può essere trovato qui ) e solo una conoscenza di base dell'elettronica.

Voglio collegare il fotodiodo ad un Arduino (il piano generale è quello di aggiungere un diodo ir e costruire un sensore di distanza).

Capisco che il fotodiodo produce corrente e produce più corrente più intensa è la luce che cade su di essa.

Ho visto schemi che collegano i fotodiodi nello stesso modo in cui i fotoresistori vengono collegati. Altri lo collegano a un "opamp" (perché?) E quelli sono anche quegli articoli che dicono che ho bisogno di amplificare la corrente. Ho anche visto dei condensatori aggiunti nel circuito.

Qual è il modo corretto per la mia applicazione? Come posso collegare il fotodiodo all'ingresso analogico di Arduino (che misura la tensione)?

arduino infrared photodiode

— Artium
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Il modo più semplice per collegare un fotodiodo (anche un LED può essere utilizzato in questo modo come fotosensore) è il seguente:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Si noti che il fotodiodo è polarizzato al contrario attraverso la resistenza da 1 Meg R1. La fotocorrente generata dal diodo si oppone al flusso di corrente di dispersione attraverso questo diodo polarizzato inverso, detta opposizione aumentando con più luce sulla giunzione del diodo. La tensione nel punto di giunzione aumenta quindi in tensione con aumento della luce.

Lo schema a sinistra avrà una tensione abbastanza bassa sul pin ADC. Per aumentare questa tensione, un amplificatore operazionale può essere utilizzato come amplificatore non invertente, come mostrato nello schema a destra. Nell'esempio mostrato, questo guadagno è Gain = 1 + (R3/R4) = 9.9182.

Questo guadagno di tensione determina una lettura maggiore sul pin ADC, facendo potenzialmente uso di una parte maggiore dell'intervallo di tensione di ingresso dell'ADC.

Altre applicazioni di amplificatori operazionali per fotodiodi includono:

come amplificatore di transimpedenza, per amplificare direttamente la fotocorrente, senza l'uso di una resistenza di polarizzazione
come un follower di tensione (buffer di guadagno unitario) per il divisore di tensione formato tra diodo e resistenza di polarizzazione

Nota: è
necessario assicurarsi, tuttavia, che la tensione dopo l'amplificazione non superi l'alimentazione di 5 Volt. Se l'amplificatore operazionale è alimentato dalla stessa alimentazione da 5 Volt dell'Arduino, questo viene automaticamente curato, poiché l'uscita dell'amplificatore operazionale viene troncata nella sua barra di alimentazione superiore, o anche inferiore se l'amplificatore operazionale non è una guida tipo da binario.

— Anindo Ghosh
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Se uso il modo semplice (schema a sinistra) come posso calcolare la tensione di ingresso sull'ADC? Come scelgo un valore di R1? Ciò che mi confonde è che quando ho misurato la tensione, la corrente e la resistenza del fotodiodo, tutte e tre sono cambiate con una maggiore intensità della luce ir, pensavo che solo il valore corrente è un parametro che posso usare per rappresentare l'intensità ir.

— Artium,

@Artium Dovresti effettivamente misurare la tensione usando un metodo ad alta impedenza (come una sonda 10x, o meglio, 100x su un oscilloscopio). Allo stesso modo, inizia con R1 = 1M, quindi prova 470k e 2,2M per vedere quale funziona meglio. L'atto di misurare la tensione o la corrente cambierebbe il valore, poiché l'ampiezza della fotocorrente è davvero molto piccola e la perdita attraverso una tipica sonda multimetro economica eliminerebbe molti di questi femtoAmperes.

— Anindo Ghosh,

Quindi, per le guide di ingresso implicite sull'amplificatore operazionale nel circuito a destra, la guida positiva sarebbe collegata a 5 V e la guida negativa a terra?

— imallett,

@imallett Sì, le guide di alimentazione implicite sarebbero collegate a + 5v e terra, come dici tu.

— Anindo Ghosh,

"La tensione nel punto di giunzione aumenta quindi in tensione con aumento della luce." Usando il circuito a sinistra (con batteria invece di Arduino; misurazione della tensione nel punto di giunzione rispetto alla terra con multimetro), ottengo esattamente il contrario.

— imallett,

Come affermato in precedenza dai membri, la tensione e la corrente dei fotodiodi possono essere molto piccole, soprattutto con IR. L'OSRAM SFH203PFA mostrato per l'istanza può fare 0,25-0,35 in condizioni di illuminazione ambientale o di rete, ma senza distorsione provoca solo un'onda da 3 millivolt di 0,003 colpita dal laser a infrarossi sul mio oscilloscopio Phillips. L'amplificazione con un amplificatore operazionale funziona per me.

— Dave Bond
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