Các thông số liên quan cho một cảm biến ánh sáng LED phân cực ngược là gì?

Sau này appnote (PDF) về việc sử dụng diode tách sóng quang, tôi kết nối một IR LED như một cảm biến ánh sáng và emitter, cấu hình như thế này:

Để phát ra ánh sáng, tôi kéo PIN1cao và PIN2thấp; R2phục vụ như một điện trở giới hạn hiện tại. Để phát hiện ánh sáng, tôi kéo PIN2cao và kết nối PIN1với ADC; U$1và R1tạo thành một bộ chia điện áp, và điện áp trên PIN1tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng.

Điều tôi tò mò là giá trị tốt nhất R1và mối liên hệ của nó với điện áp đầu ra và thời gian đáp ứng. Bản ghi chú đưa ra một công thức để tính thời gian phản hồi, nhưng không xác định các thuật ngữ. Giá trị hiện tại của 20M được dựa trên thử nghiệm với bảng mạch; ở giá trị này, nó cho kết quả hợp lý trong khoảng từ 0 đến 0,15 volt đối với ánh sáng phản xạ từ một đèn LED giống hệt khác và cao hơn 5V nếu tôi hướng đèn LED phát trực tiếp vào máy dò.

Tôi muốn tăng độ nhạy với mức ánh sáng yếu, nhưng tôi không biết mình có thể làm như thế nào một cách an toàn mà không mất thời gian phản hồi. Thành phần mục tiêu của tôi không giống như tôi đang sử dụng trên bảng điều khiển, và tôi cũng không biết thông số nào của đèn LED ảnh hưởng đến điện áp đầu ra. Tóm lại:

• Làm thế nào để tôi xác định thời gian đáp ứng của mạch này trong cấu hình phát hiện của nó?
• Làm cách nào tôi có thể xác định mức điện áp nào mong đợi ở PIN1 với giá trị nhất định là R1 và mức sáng nhất định?

Không có câu trả lời tốt cho những câu hỏi này vì đèn LED được dùng để phát ra ánh sáng và do đó, các thông số bạn cần để trả lời câu hỏi của bạn không được chỉ định.

Một đèn LED đảo ngược như một cảm biến ánh sáng là một nguồn hiện tại tỷ lệ thuận với mức độ ánh sáng. Là một nguồn hiện tại, nó có trở kháng rất cao (một nguồn hiện tại hoàn hảo có trở kháng vô hạn). Thời gian đáp ứng tỷ lệ thuận với điện trở của nút nhân với điện dung. Vì điện dung là ký sinh trùng, rất khó đoán và sẽ phụ thuộc rất nhiều vào đèn LED cụ thể và bố cục. Điện trở là điện trở R1 có chủ ý song song với bất kỳ điện trở rò rỉ nào và điện trở của đèn LED là nguồn không hoàn hảo. Khác với R1, đây là một lần nữa khó đoán. 20 MΩ cao đến mức rò rỉ có thể là một yếu tố quan trọng. Ngay cả bụi bẩn trên bảng và độ ẩm môi trường xung quanh cũng có vấn đề ở trở kháng đó.

Đối với cách xác định điện áp, điều đó một lần nữa phải được thực hiện bằng thực nghiệm. Trừ khi bạn có một đèn LED bất thường cũng được dùng cho hoạt động ngược lại, bạn sẽ không nhận được thông số kỹ thuật. Kiểm tra một vài và để lại nhiều chỗ cho biến thể thiết bị.

Tôi sẽ sử dụng điện trở thấp hơn đáng kể với một số khuếch đại. Điện trở thấp hơn sẽ giảm thời gian đáp ứng và làm cho mọi thứ dễ dự đoán hơn bằng cách làm cho điện trở rò rỉ đủ nhỏ so với không quan trọng. Bạn hiện đang nhận được thông số từ 150 mV đến 5 V với 20 MΩ. Thay vào đó, với 2 MΩ, các điện áp đó sẽ là 15 mV đến 500 mV, vẫn đủ lớn để có nhiều opamp khuếch đại đáng tin cậy và nên đủ thấp để rò rỉ không đáng kể. Nó vẫn có thể quá chậm, trong trường hợp đó bạn có thể sử dụng điện trở thấp hơn với khả năng khuếch đại tốt hơn.

Một điểm khác là nếu nguồn cung cấp của bạn đủ lớn để có được 5V trên R1, thì bạn có thể đang áp dụng quá nhiều điện áp ngược cho đèn LED trong điều kiện ánh sáng yếu. Kiểm tra biểu dữ liệu LED (điều này thường được chỉ định) và đảm bảo bạn không vượt quá giới hạn điện áp ngược. Một điện trở thấp hơn sẽ cho phép bạn sử dụng điện áp phân cực ngược thấp hơn.

Đèn LED có điện dung ngược và đây là một vấn đề thực sự đối với một số ứng dụng. Tôi đã xác định bằng thực nghiệm rằng điện dung ngược trên một số điốt màu xanh lam (đáng chú ý là trong các tấm phía trước của UPS) có thể cao tới 300pF và rất phụ thuộc vào điện áp để chúng thực sự có thể được sử dụng như varicaps nếu ánh sáng được che chắn. Đây có thể là một nguồn gây nhiễu nếu nó gây ra sự mất ổn định ở giai đoạn đầu ra.