Fotodiodenschaltung zur Messung der Lichtintensität

Fotodioden bedürfen einer besonderen Behandlung!

1) Verwenden Sie die Diode im Zero-Bias- oder Reverse-Modus (nicht im Vorwärtsmodus)

2) im Dunkeln fließt kein Strom durch die Fotodiode

3) Es wird eine Schaltung benötigt, um den Fotostrom "einzufangen" und zu verstärken.

Hier ist ein Beispiel für eine solche Schaltung:

Diese Schaltung wird als Transimpedanzverstärker bezeichnet. Durch Rückkopplung hält der Operationsverstärker die Spannung über der Diode auf Null, sodass wir uns im Zero-Bias-Modus befinden. Der Widerstand RF wandelt den sehr kleinen Fotostrom in eine Spannung um, die Sie am Ausgang des Operationsverstärkers messen können.

Was FakeMoustache beschreibt, ist als unvoreingenommener oder photovoltaischer Modus bekannt . In diesem Modus erzeugt die Fotodiode ihren eigenen Strom, ähnlich einer Solarzelle.

Fotodioden können auch im vorgespannten oder fotoleitenden Modus verwendet werden, was durch die folgende Schaltung veranschaulicht wird:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

In diesem Schema sollte der Wert von R1 in Reihe mit der Fotodiode so gewählt werden, dass der Spannungsabfall bei Dunkelstrom allein R1*Id unter der Schwellenspannung des Transistors liegt (etwa 0,6 V). Auf diese Weise bleibt der Transistor im Dunkeln ausgeschaltet und beginnt zu leiten, wenn die Fotodiode Licht ausgesetzt wird.

Es gibt auch Op-Amp-basierte photoleitende Schaltkreise , wenn Sie interessiert sind.

Fotodioden (PD) erzeugen (ungefähr) ein Elektron für jedes absorbierte Photon. Es gibt verschiedene Schaltungen, die die Reaktion beschleunigen können, aber die einzige Möglichkeit, mehr Empfindlichkeit zu erreichen, besteht darin, mehr Photonen einzufangen ... eine größere Fläche oder eine Linse.
Für die DC-Lichtstärke ist meine bevorzugte (einfache) Schaltung die Verwendung eines DMM mit einem uA-Stromeingang. Messen Sie einfach den Strom, den die PD erzeugt.
Die TIA oben von fakemoustache ist nett. Ich habe dies auch verwendet, V1 ~ 5-15 V, R1 hängt von der Lichtstärke und dem Bereich der PD ab. 10k bis 100M Ohm

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Bimpelrekkies Antwort ist gut. Um Lightros Fragen im Kommentar zu beantworten (dies sollte ein Kommentar sein, aber ich habe einen schlechten Ruf auf diesem Stack):

1) V = IR. Wenn Sie den maximal erwarteten Fotostrom kennen (den Sie dem Datenblatt der Fotodiode und der geschätzten Beleuchtung entnehmen können), dann ist das I. Die V ist die maximale Spannung, die Sie vom Verstärker zu Ihrem Voltmeter / ADC / Mikrocontroller / ... jetzt Rechne einfach aus. R. Barleymans Kommentar ist gut; Wenn Ihr R-Wert um 100 MegaOhm ansteigt, ist es an der Zeit, einen zweiten Operationsverstärker nach dem ersten Transimpedanzverstärker zu verwenden.

2) Die Versorgungsspannung (5 V oder anders) spielt für die Fotodiode keine Rolle. Aus dem Schema des Transimpedanzverstärkers in Bimpelrekkies Antwort geht hervor, dass die Fotodiode nur Masse auf der einen Seite und virtuelle Masse auf der anderen Seite sieht. Es ist nur Boden ganz unten ...