Was sind die relevanten Parameter für einen in Sperrrichtung vorgespannten LED-Lichtsensor?

Nach dieser Appnote (PDF) zur Verwendung von Fotodioden schließe ich eine IR-LED als Lichtsensor und Emitter an, die wie folgt konfiguriert ist:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Um Licht auszusenden, ziehe ich PIN1hoch und PIN2tief; R2dient als Strombegrenzungswiderstand. Um Licht zu erkennen, ziehe ich PIN2hoch und verbinde mich PIN1mit einem ADC; U$1und R1bilden einen Spannungsteiler, und die Spannung an PIN1ist proportional zur Lichtmenge.

Was mich interessiert, ist der beste Wert für R1und seine Beziehung zu Ausgangsspannung und Reaktionszeit. Die Appnote gibt eine Formel zur Berechnung der Reaktionszeit an, lässt jedoch Begriffe undefiniert. Der aktuelle Wert von 20 M basierte auf Experimenten mit einem Steckbrett; bei diesem Wert gibt es vernünftige Ergebnisse zwischen 0 und 0,15 Volt für reflektiertes Licht von einer anderen identischen LED und etwas über 5 V, wenn ich die emittierende LED direkt auf den Detektor richte.

Ich würde gerne die Empfindlichkeit für schwache Lichtverhältnisse erhöhen, aber ich weiß nicht, wie weit ich dies sicher tun kann, ohne die Reaktionszeit zu beeinträchtigen. Meine Zielkomponente ist auch nicht die gleiche, die ich auf dem Steckbrett verwendet habe, und ich weiß nicht, welche Parameter der LED die Ausgangsspannung beeinflussen. Kurzgesagt:

  • Wie bestimme ich die Reaktionszeit dieser Schaltung in ihrer Erkennungskonfiguration?
  • Wie kann ich bestimmen, welcher Spannungspegel an PIN1 bei einem bestimmten Wert von R1 und einer bestimmten Lichtstärke zu erwarten ist?
Was Olin sagt (wie immer :-) ). Das ist eine absolut hervorragende Anwendungsnotiz - danke, dass Sie darauf aufmerksam gemacht haben. Wie der App-Hinweis sagt, hängt die Reaktionszeit von R, & C_LED ab. UND C_LED bezieht sich auf die Sperrspannung _- Cd - siehe App-Hinweis). Wenn Sie die umgekehrte Vorspannung REDUZIEREN können, verbessern Sie die Reaktionszeit, wahrscheinlich auf Kosten der Empfindlichkeit - aber dies gibt Ihnen einen weiteren Parameter, mit dem Sie spielen können.
@Russell Was mich verwirrt, ist die Definition von C_LED - die meisten Begriffe sind definiert, aber Anirgendwo definiert V_Dund nhaben keine wirkliche Erklärung für ihre Werte.
Ich würde (möglicherweise fälschlicherweise) annehmen, dass A eine Konstante ist - dh es ist das Delta-Potential multipliziert mit einer geräteabhängigen Konstante. Sie sagen "n: 2-3", was meiner Meinung nach bedeutet, dass Sie 1/3 bis 1/2 vom Ergebnis abziehen. dh es ist empirisch. Ich nehme auch an, dass dies in pF ist (da Farads etwas groß erscheint :-)). Eine strengere Version dieser Formel könnte lokalisiert werden, aber der Hauptpunkt besteht darin, dass die Kapazität mit einer Vorspannung über einer bestimmten Grenze zunimmt.
Link scheint gestorben zu sein, gibt es eine Möglichkeit, zumindest den Titel zu bearbeiten?

Antworten (2)

Auf diese Fragen gibt es keine guten Antworten, da LEDs dazu bestimmt sind, Licht zu emittieren, und daher die Parameter, die Sie zur Beantwortung Ihrer Fragen benötigen, nicht angegeben sind.

Eine als Lichtsensor in Sperrrichtung vorgespannte LED ist eine Stromquelle, die proportional zur Lichtstärke ist. Als Stromquelle hat es eine sehr hohe Impedanz (eine perfekte Stromquelle hat eine unendliche Impedanz). Die Ansprechzeit ist proportional zum Widerstand des Knotens multipliziert mit der Kapazität. Da die Kapazität parasitär ist, ist sie schwer zu erraten und hängt stark von der jeweiligen LED und dem Layout ab. Der Widerstand ist der absichtliche Widerstand R1 parallel zu einem etwaigen Leckwiderstand und dem Widerstand der LED, der eine unvollkommene Stromquelle ist. Abgesehen von R1 sind diese wiederum schwer zu erraten. 20 MΩ ist so hoch, dass Leckage ein wichtiger Faktor sein kann. Selbst Schmutz auf der Platine und Umgebungsfeuchtigkeit spielen bei dieser Impedanz eine Rolle.

Die Bestimmung der Spannung muss wiederum experimentell erfolgen. Wenn Sie keine ungewöhnliche LED haben, die auch für den umgekehrten Betrieb vorgesehen ist, erhalten Sie keine Spezifikation. Testen Sie ein paar und lassen Sie viel Raum für Gerätevariationen.

Ich würde einen erheblich niedrigeren Widerstand mit etwas Verstärkung verwenden. Der niedrigere Widerstand verringert die Reaktionszeit und macht die Dinge vorhersehbarer, indem der Ableitwiderstand klein genug im Vergleich zu unbedeutend gemacht wird. Sie erhalten derzeit Ausgänge von 150 mV bis 5 V mit 20 MΩ. Mit 2 MΩ betragen diese Spannungen stattdessen 15 mV bis 500 mV, was immer noch groß genug ist, damit viele Operationsverstärker zuverlässig verstärken, und niedrig genug sein sollte, um Leckagen vernachlässigbar zu machen. Es kann immer noch zu langsam sein, in diesem Fall können Sie immer noch einen niedrigeren Widerstand mit besserer Verstärkung verwenden.

Ein weiterer Punkt ist, dass Sie bei schlechten Lichtverhältnissen möglicherweise zu viel Sperrspannung an die LED anlegen, wenn Ihre Versorgung groß genug ist, um 5 V an R1 zu erhalten. Überprüfen Sie das LED-Datenblatt (dies ist normalerweise angegeben ) und stellen Sie sicher, dass Sie die Sperrspannungsgrenze nicht überschreiten. Mit einem niedrigeren Widerstand können Sie eine niedrigere Sperrvorspannung verwenden.

Vielen Dank. Ich spanne es nur in Sperrrichtung auf 5 V vor, was innerhalb des absoluten Maximums auf dem Datenblatt liegt. Das hört sich so an, als würde ich das nur durch Experimentieren herausfinden? Ist der Ableitwiderstand die Quelle dessen, was der technische Hinweis als „Dunkelstrom“ bezeichnet?
@Nick: Wie gesagt, die LED im Rückwärtsgang sieht meistens wie eine zum Licht proportionale Stromquelle aus. Es ist weniger ein Leckwiderstand als vielmehr ein lichtabhängiger Leckstrom . Dunkelstrom ist der LED-Sperrstrom ohne Licht darauf. Sie können sich das als DC-Offset vorstellen, wenn es in einer Lichtmessanwendung verwendet wird.

LEDs haben eine Sperrkapazität und dies ist ein echtes Problem für einige Anwendungen. Ich habe experimentell festgestellt, dass die Sperrkapazität einiger blauer Dioden (insbesondere in USV-Frontplatten) bis zu 300 pF betragen kann und sehr spannungsabhängig ist, sodass sie tatsächlich als Varicaps verwendet werden können, wenn sie gegen Licht geschützt sind. Dies kann eine Störquelle sein, wenn dadurch eine Instabilität des Reglers oder der Endstufe verursacht wird.

Was sind die relevanten Parameter für einen in Sperrrichtung vorgespannten LED-Lichtsensor?
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