Liệu mạch photodiode này hoạt động?

25

Oli đã sử dụng mạch này

nhập mô tả hình ảnh ở đây

trong một câu trả lời, và nó cũng xuất hiện rất nhiều trên hình ảnh của Google. Nhưng nó có hoạt động không? Nếu nó làm một lời giải thích lý thuyết sẽ được hoan nghênh.

operational-amplifier photodiode

— stevenvh
nguồn

2

Có ai thực sự đã thử nó? Tôi đã thấy các mạch phát triển không có ý nghĩa nhưng vẫn hoạt động.

— Rocketmagnet

@Rocketmagnet Mình mới làm mạch và nó hoạt động. Nó dường như hoạt động với diode được chỉ theo một trong hai hướng, nhưng chương trình sơ đồ cung cấp kết quả tốt hơn (trừ khi tôi quên bên nào là đèn LED).

— AndrejaKo

@Rocketmagnet - Tôi cũng đã thử nó trong khi thảo luận về câu hỏi khác . Vui mừng khi một người khác thực sự xác nhận nó, cảm ơn Andreja.

— Oli Glaser

2

Tôi cá rằng hầu hết những người làm theo cách này không biết tại sao nó hoạt động.

— Federico Russo

23

Theo đó, photodiode thực sự tạo ra một dòng điện ngay cả khi không có volt nào trên nó; đó là dòng điện ngắn mạch . Lưu ý rằng hướng tham chiếu của trong sơ đồ của câu hỏi ngược với của diode nên điện áp đầu ra là: $I_S$ $I_{SC}$

$V_{OUT} = - I_S \cdot R_F = I_{SC} \cdot R_F$

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Tôi tìm thấy ở trên đây .

Một câu hỏi hợp lý để hỏi là làm thế nào một dòng điện có thể được tạo ra với điện áp bằng không ?

Hãy nhớ rằng có một trường E bên trong thông qua vùng cạn kiệt ngay cả khi các cực diode được nối ngắn lại với nhau. Tóm lại, các EHP được tạo ra ánh sáng ở vùng lân cận của vùng cạn kiệt được phân tách bằng trường E dẫn đến tích lũy điện tích ở hai bên P và N (đó là cách phát triển ). Đoản mạch cho phép dòng điện khôi phục cân bằng điện tích. $V_{OC}$

— Alfred Centauri
nguồn

+1 - nó sẽ giải thích rất nhiều. Tôi vẫn muốn giữ một số scepsis của tôi, mặc dù: một dòng điện và không có điện áp, không dành riêng cho chất siêu dẫn? BTW, bạn có thể cung cấp một liên kết đến tài liệu mà bạn tìm thấy không?

— stevenvh

@stevenvh, Cảm ơn, và tôi đã thêm một liên kết trong câu trả lời của tôi. Hãy nhớ rằng có một trường E bên trong thông qua vùng cạn kiệt ngay cả khi các cực diode được nối ngắn lại với nhau. Tóm lại, các EHP được tạo ra ánh sáng ở vùng lân cận của vùng cạn kiệt được phân tách bằng trường E dẫn đến tích lũy điện tích ở hai bên P và N (đó là cách phát triển

). Đoản mạch cho phép dòng điện khôi phục cân bằng điện tích.

V_{O C}

$V_{OC}$

— Alfred Centauri

5

chỉnh sửa sau câu trả lời của Alfred

Bộ khuếch đại đảo ngược cổ điển là như thế này:

mạch

Photodiode sẽ tạo ra một dòng điện, điều này sẽ gây ra sụt áp trên điện trở. Một opamp với phản hồi âm sẽ cố gắng làm cho cả hai đầu vào bằng nhau, vì vậy đầu vào đảo ngược sẽ ở 0 V và dòng điện qua điện trở sẽ tạo ra điện áp đầu ra dương.

Tại sao tôi nghĩ rằng các mạch khác sẽ không hoạt động? Nếu diode tạo ra một dòng điện, bạn sẽ cho rằng cũng có sự sụt giảm điện áp. Sau đó, điện áp ở đầu vào đảo ngược sẽ cao hơn 0 và opamp, cố gắng sửa nó, sẽ thấy đầu ra của nó đi xuống đường ray âm.

Tuy nhiên, biểu đồ của Alfred cho thấy đầu vào có thể được điều khiển xuống 0 V bởi đầu ra. Nó đòi hỏi điện áp trên diode có thể giảm xuống 0, trong khi vẫn có dòng điện. Đây là một biểu đồ khác, từ tài liệu này , xác nhận câu trả lời của Alfred:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

— stevenvh
nguồn

Một đèn LED ngược sáng + tạo ra dòng điện âm từ cực âm đến cực dương, do đó opamp tạo ra dòng điện dương = điện áp trên điện trở để bù.

— Oli Glaser

@Oli - vâng, đó là những gì tôi đang nói trong câu trả lời. Nhưng nó cũng áp dụng cho các mạch trong câu hỏi. Đầu ra sẽ đi xuống nếu đầu vào đảo ngược> đầu vào không đảo.

— stevenvh

Tôi thấy - vâng, nó sẽ giảm nếu đèn LED ngược chiều nên bạn cần một đường ray kép. Tôi chỉ xác nhận điều này với thiết lập của tôi.

— Oli Glaser

Tôi sẽ phải cho điểm này -1, vì mạch hoạt động rõ ràng. Các opamp quan tâm đến việc cân bằng dòng điện được tạo ra bởi diode. Nó chỉ cần đặt đầu ra của nó thành bất cứ điều gì cần thiết để làm điều này thông qua Rf.

— Oli Glaser

@Oli - Tôi thấy khó tin khi nó thực sự hoạt động. Giống như trong x uA cung cấp cho bạn y mV out, và 2x uA sẽ cung cấp cho bạn 2y mV. Nó sẽ cần một lời giải thích tốt hơn so với mô tả của tôi về hoạt động của một bộ khuếch đại đảo ngược.

— stevenvh

2

Mạch trong câu trả lời của bạn dựa vào hiệu ứng quang điện để khuếch đại dòng quang được tạo ra bởi diode với bộ khuếch đại transimpedance.

Mạch trong câu hỏi của bạn dựa vào hiệu ứng quang điện nhưng hướng hiện tại là sai (xem xét một mặt trời với một diode duy nhất), và nó chỉ có ý nghĩa với độ lợi hữu hạn (nghĩa là với một điện trở nối tiếp với cực âm). Ngoài ra còn có một nguồn quang điện ngụ ý song song với diode.

Một photodiode hiệu quả như thế nào sẽ là một nguồn quang điện mà tôi không biết nhưng tôi nghi ngờ là không.

CHỈNH SỬA

Mạch khuếch đại quang điện

Theo suy nghĩ thứ hai, R1 là không cần thiết vì ngay cả khi diode bị chập, dòng quang vẫn sẽ chảy (một lần nữa, hãy xem xét việc rút ngắn pin mặt trời).

— MikeJ-Anh
nguồn

@stevenvh - Có, điều này sẽ đúng với bất kỳ nguồn điện áp nào được kết nối với một amp đảo ngược không có điện trở đầu vào.

— MikeJ-UK

2

@stevenvh - Tôi mới nhận ra rằng một diode điện thế ảnh thực sự là một nguồn hiện tại và không phải là nguồn điện áp nên nhận xét trước đây của tôi không áp dụng.

— MikeJ-UK

1

Tôi có ý tưởng mạch dưới đây từ p253 mạch J, "Art of Electronics", phiên bản 1989. Ghi chú ứng dụng Sharp cũng sử dụng một điện trở trên + Vin cho op amp và phototransistor, nhưng không giải thích nó làm gì.

Tôi đã kiểm tra mạch bên dưới có và không có điện trở dưới: Tôi có thể thấy không có hiệu quả khi tôi rút ngắn qua điện trở dưới: thậm chí không có sự thay đổi về độ lợi. Tôi đang thử nghiệm ở các xung mức ánh sáng rất thấp, sử dụng điốt 850nm và 830nm thông thường làm "photodiodes". Tôi đã phát hiện tốt hơn nhiều khi "photodiode" bị đảo ngược khỏi các sơ đồ trên trang này. Điều này có lẽ chỉ quan trọng ở mức ánh sáng yếu (dưới 1 mW / cm ^ 2). Khi diode được định hướng như hiển thị trên trang này, đầu ra không bị đảo ngược, trái ngược với nhận xét của mọi người. Có thể các nhà sản xuất photodiode tuyên bố định hướng đảo ngược so với thực tế. Một tụ điện 0,0001 đến 0,0047 uF trên điện trở phản hồi đã giúp giảm các xung trên các xung, nhưng làm cho các xung trở nên tồi tệ hơn đối với mức ánh sáng rất thấp.

Sử dụng một phototransistor 880nm phân cực ngược với op amp (hình 13 trên ghi chú ứng dụng sắc nét) với diode 830nm cung cấp ánh sáng hoạt động tốt hơn khoảng 10 lần ở mức ánh sáng thấp so với đèn LED 830nm đơn giản như một máy dò nếu xung nhiều hơn hơn khoảng 1 ms và nếu sử dụng tụ điện trên điện trở ngược. Có vẻ như phát hiện 0,01 mW / cm ^ 2.

Op amp là JFE cho dòng đầu vào rất thấp.

bộ tách sóng quang rất nhạy

— scott roberts
nguồn

Thiết kế gì? Một sơ đồ cho thấy những gì bạn đang nói về sẽ làm cho quan điểm của bạn rõ ràng hơn.

— Photon

Thiết kế này. Chỉ cần chèn 1 điện trở nơi tôi chỉ định. Đây là ghi chú ứng dụng sắc nét, hình 13. Physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf

— scott roberts

1. Câu trả lời ở đây dự kiến sẽ được hoàn thành trong chính họ. Không có thứ tự cố định của các câu trả lời khác nhau, vì vậy nếu bạn tham khảo một câu trả lời khác là "ở trên" hoặc "bên dưới" hoặc "này", hầu hết người đọc sẽ không biết bạn đang nói gì. Ngoài ra, khi bạn có đại diện, sơ đồ nên được chỉnh sửa để trả lời. 2. Tôi không thấy bất kỳ kết nối nào giữa + Vin và một diode trong hình mà bạn đề cập đến, vì vậy vẫn chưa rõ bạn đang nói về điều gì. Nếu bạn tạo sơ đồ hiển thị ý nghĩa của bạn và tải lên Imgur hoặc dịch vụ tương tự, chúng tôi có thể chỉnh sửa câu trả lời của bạn để đặt hình ảnh nội tuyến.

— Photon

OK, sơ đồ thêm vào bài viết gốc của tôi.

— scott roberts

Dễ dàng hơn nhiều để hiểu những gì bạn đang đề xuất bây giờ. Nhưng vẫn còn 0 sai lệch trên photodiode (đó là những gì OP đã hỏi về). Và lợi thế so với việc chỉ có 9,4 MOhm trong đường dẫn phản hồi là gì?

— Photon

0

Không chắc chắn nếu điều này có ích nhưng tôi chỉ thử nghiệm mạch bên dưới trên một chiếc bánh mì và nó hoạt động tốt. Độ nhạy không lớn, cần một chút ánh sáng để đăng ký bất cứ thứ gì và phản hồi không phải là tuyến tính nhưng nó chắc chắn đo được mức độ ánh sáng của đèn led trắng chiếu vào nó. Điện trở ảnh hưởng đến độ nhạy, sức đề kháng cao hơn = nhạy hơn - Tôi đã điều chỉnh nó cho đến khi tôi muốn nó, khoảng 100k-300k tôi nghĩ.

Điện áp ở đầu ra tối đa khoảng 4v nhưng tôi nghĩ đó là giới hạn LM58.

— Charlie Skilbeck
nguồn