Photodiode fast kein mV am analogen Port

Eine Angabe zur Genauigkeit fehlt.
Wie andere bereits angemerkt haben, schränkt der Leckstrom Ihres Arduino-Eingangspins wahrscheinlich die Genauigkeit ein, insbesondere bei Messungen bei schlechten Lichtverhältnissen. Der Leckstrom der Fotodiode ist wahrscheinlich geringer als der von Arduino, wirkt sich aber auch auf die Genauigkeit bei schlechten Lichtverhältnissen aus. Leckströme werden stark von der Temperatur beeinflusst.

Wenn Sie einen Analog-Digital-Wandler verwenden, erhöhen Sie den Strommesswiderstand auf einen großen Wert, um die Empfindlichkeit zu verbessern, aber beachten Sie, dass Widerstände mit großen Werten, obwohl sie selbst ziemlich temperaturstabil sind, temperaturabhängige Leckströme zu einer Beeinträchtigung der Genauigkeit führen ein höheres Maß.
Wenn Sie nur an Änderungen der Lichtstärke interessiert sind, können Sie in erster Näherung die durch Leckage verursachten Offsets kalibrieren, indem Sie einen Nulllicht-Referenzwert als gespeicherte Referenz nehmen und die Änderungen der Lichtstärke von diesem Punkt aus messen. Eine Temperaturänderung kann einen neuen Referenzwert erfordern.

Berücksichtigen Sie auch die maximale Lichtstärke, die Sie erwarten. Dadurch wird der Maximalwert des Strommesswiderstands eingestellt ... wenn sich die Spannung über dem Widerstand +5 V nähert, nimmt die Spannung der Diode ab - Ihre erkannte Spannung ist nicht mehr proportional zur Lichtintensität.

Eine Anforderung für eine Erkennung mit sehr großem Bereich (sowohl Situationen bei schwachem Licht als auch bei hellem Licht) könnte nahe legen, verschiedene Werte von Stromerfassungswiderständen einzuschalten. Ein zusätzlicher E/A-Pin kann für einen logisch niedrigen Zustand oder einen hochohmigen Zustand programmiert werden, bei dem der angeschlossene Widerstand getrennt wird. Aber jetzt kommt die Leckage von zwei E / A-Pins :

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab}
In dieser Schaltung wird eine hohe Empfindlichkeit erreicht, indem der I/O-Pin hochohmig programmiert wird, sodass R2 (100k) nicht angeschlossen ist. R1 (10 Megaohm) ist der aktive Strommesswiderstand. Der Leckstrom des I/O-Pins R2 wirkt sich jedoch immer noch auf die Genauigkeit aus.
Um die Empfindlichkeit in Situationen mit hellem Licht zu verringern, wird der I/O-Pin auf aktiv logisch niedrig gesetzt. Jetzt haben Sie 10 Megabyte parallel zu 100 K als Strommesswiderstand.

Sie haben ein Datenblatt, das auf zwei verschiedene Versionen mit unterschiedlichen Antworten verweist, dennoch sind Berechnungen auf der Rückseite des Umschlags ...

Ihre Fotodiode (Datenblatt verweist auf zwei) hat einen typischen Isc von 6,3 uA oder 13 uA bei 100 Lux. 6,3 uA * 40 K = 252 mV, 13 uA * 40 K = 520 mV.
Also keine große Überraschung...

Dabei wird Ihr Lichtquellenspektrum nicht berücksichtigt, wodurch diese Werte modifiziert werden (siehe Spektralempfindlichkeitskurve).

Wenn Sie höhere Spannungen wünschen, benötigen Sie eine gewisse Verstärkung (viele Informationen zu "Fotodiodenverstärker"), um loszulegen.

Wie in einer anderen Antwort erwähnt, wird die Konfiguration, die Sie haben, gesättigt (keine Spannung über der Diode) und bei voller Skalierung eine Nichtlinearität verursachen.
Sie beschreiben Ihre Anwendung überhaupt nicht (Lichtwertbereich), daher ist es schwierig, eine Antwort zu erraten.

Nehmen wir zum Beispiel an, Sie werden im Bereich von 1-10.000 Lux messen (siehe hier für Bereiche/Szenarien). Bei maximalem Lux-Pegel würden Sie erwarten, dass der S1223 bei Vollaussteuerung etwa 6,3 mA durchläuft. Sie möchten, dass diese Vollskala je nach verwendetem Arduino entweder 5 V oder 3,3 V beträgt. Sie müssen in der Lage sein, Ihre Vollskaleneinstellung (Kalibrierung) anzupassen, sind jedoch auf die Auflösung des A/D für das untere Ende der Skala (etwa 6uA/LSB) beschränkt. Sie stoßen hier auch auf Leckströme für den A/D-Eingang, die einen Messwert am sehr niedrigen Ende dominieren können.

Sie müssen auch sicherstellen, dass an der Fotodiode eine angemessene Spannung anliegt, um keine Linearität zu vermeiden. Daher wird es nicht gut funktionieren, die Diode von derselben Versorgung wie Ihre MCU zu betreiben.

Angenommen, Sie steuern den Arduino von Vin und nicht von der MCU-VCC-Ebene aus, könnten Sie Folgendes tun:

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

Unter der Annahme eines 5-V-Arduinos und einer Vin von 9 V oder mehr stellt das Obige sicher, dass Sie die A / D-Spannung nicht überschreiten, aber immer mindestens 4 V über der Fotodiode haben.

Das ist ziemlich einfach.

Ihr DMM hat einen 10-MΩ-Eingang, der den niedrigen Strom in eine höhere Spannung anstelle von 10 kΩ umleitet. Da 10 MΩ um 1k größer als 10 kΩ sind, ist die Spannung dennoch gleich groß P = VI.

Ändern Sie je nach Ihrem Experiment und dem gewünschten dynamischen Spannungsbereich den Wert von R1, um die gewünschte Umwandlung von PD von I in V zu erhalten (Umrechnungsfaktor ist nur das Ohmsche Gesetz V = IR). Vielleicht sind 100k bis 1M besser geeignet.

Panasonic stellt einen kostengünstigen radialen 5-mm-„Lichtsensor“ her, der den Bereich mit einer logarithmischen Skala komprimiert, sodass >4 Dekaden Lichteingang von nahezu dunkler bis heller Sonne einen Ausgang auf 5 V mit einem ausgewählten R-Wert liefern, um Ihren optimalen Eingangslichtbereich auszuwählen .

Die Empfindlichkeit, S für Silizium, beträgt 0,6 A/W bei λ=λp mit einer abnehmenden Empfindlichkeit von IR zu Blau. Dies entspricht 0,6 uA/uW. Der Ausgangsstrom hängt von der Oberfläche von ~ 5 x 5 mm ab, wie eine winzige PV-Stromquelle.

Betrachten Sie 1 uA mal R1 = 1 MOhm * 1 uA = 1 V Ausgang. Dies verwendet einfach den Shunt-Widerstand, um die Photonen-Mikroampere * R = Mikrovolt umzuwandeln.

Zum Überspannungsschutz sind die analogen Eingänge normalerweise mit Dioden ESD-geschützt, aber auf etwa 5 mA RMS begrenzt, sodass Sie bei hellem Sonnenlicht bei 100 klux einen Kurzschlussstrom von 13 uA/100 lux * 100 klux = 13 mA erwarten können.

Um zu verhindern, dass dies in den internen Analogport fließt, verwenden sie eine ESD-Schutz-Shunt-Diode zu Vdd, die jedoch nur für etwa 5 mA Dauerstrom ausgelegt ist.

Sie können dies auf viele Arten lösen, um zu verhindern, dass Vin > 5 V durch PD-Kathodenspannungsabfälle (0,7 V) von 5 V abfällt, oder dem analogen Anschluss eine Eingangsserie R von 1M-Shunt bis 10k-Serie hinzufügen.

"Shunt" bedeutet Parallel oder Bypass.

Kannst du meine Vorschläge nachvollziehen?