Ce circuit photodiode fonctionne-t-il?

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Oli a utilisé ce circuit

entrez la description de l'image ici

dans une réponse, et cela apparaît aussi beaucoup sur les images Google. Mais ça marche? Si c'est le cas, une explication théorique sera la bienvenue.

Stevenvh
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Quelqu'un l'a-t-il réellement essayé? J'ai vu des circuits évolués qui n'ont aucun sens mais qui fonctionnent toujours.
Rocketmagnet
@Rocketmagnet Je viens de faire le circuit et ça marche. Il semble fonctionner avec une diode pointée dans les deux sens, mais le schéma montre de meilleurs résultats (à moins que j'oublie de quel côté de la LED est lequel).
AndrejaKo
@Rocketmagnet - Je l'ai également essayé lors de la discussion de l' autre question . Heureux que quelqu'un d'autre l'ait confirmé, merci Andreja.
Oli Glaser
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Je parie que la plupart des gens qui le font de cette façon n'ont aucune idée de pourquoi cela fonctionne.
Federico Russo

Réponses:

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Selon cela, la photodiode produit en effet un courant même lorsqu'il n'y a aucun volt à travers elle; c'est le courant de court-circuit . Notez que la direction de référence de dans le diagramme de la question est opposée à celle de I S C de la diode, donc la tension de sortie est:jeSjeSC

VOUT=-jeSRF=jeSCRF

entrez la description de l'image ici

J'ai trouvé ce qui précède ici .

Une question raisonnable à poser est de savoir comment produire un courant avec une tension nulle ?

N'oubliez pas qu'il y a un champ E interne à travers la région d'appauvrissement même lorsque les bornes de diode sont court-circuitées ensemble. En bref, les EHP générés par la lumière au voisinage de la région d'appauvrissement sont séparés par le champ E, ce qui entraîne une accumulation de charge dans les côtés P et N (c'est ainsi que est développé). Un court-circuit permet à un courant de rétablir l'équilibre de charge.VOC

Alfred Centauri
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+1 - cela expliquerait beaucoup. Je veux quand même garder une partie de mon scepsis: un courant et pas de tension, n'était-ce pas réservé aux supraconducteurs? BTW, pourriez-vous donner un lien vers le document où vous l'avez trouvé?
stevenvh
VOC
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édité après la réponse d'Alfred

L'amplificateur inverseur classique est comme ceci:

circuit

La photodiode créera un courant qui provoquera une chute de tension aux bornes de la résistance. Un ampli op avec rétroaction négative tentera de rendre les deux entrées égales, donc l'entrée inverseuse sera à 0 V, et le courant traversant la résistance créera une tension de sortie positive.

Pourquoi ai-je pensé que l'autre circuit ne fonctionnerait pas? Si la diode crée un courant, vous supposeriez qu'il y a également une chute de tension. Ensuite, la tension à l'entrée inverseuse serait supérieure à zéro, et l'ampli-op, essayant de corriger cela, verrait sa sortie descendre jusqu'au rail négatif.

Le graphique d'Alfred montre cependant que l'entrée peut être ramenée à 0 V par la sortie. Cela nécessite que la tension aux bornes de la diode puisse descendre à zéro, alors qu'il y a encore du courant. Voici un autre graphique, à partir de ce document , qui confirme la réponse d'Alfred:

entrez la description de l'image ici

Stevenvh
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Une LED en sens inverse + lumière crée un courant négatif de la cathode à l'anode, de sorte que l'ampli op produit un courant positif = tension à travers la résistance pour compenser.
Oli Glaser
@Oli - oui, c'est aussi ce que je dis dans la réponse. Mais cela s'applique-t-il également au circuit en question. La sortie descendra si l'entrée inverseuse> l'entrée non inverseuse.
stevenvh
Je vois - oui, il devrait baisser si la LED est dans l'autre sens, vous avez donc besoin d'un rail double. Je viens de le confirmer avec ma configuration.
Oli Glaser
Je vais devoir lui donner un -1, car le circuit fonctionne clairement. L'ampli-op s'intéresse à l'égalisation du courant généré par la diode. Il suffit de régler sa sortie sur tout ce qui est nécessaire pour le faire via Rf.
Oli Glaser
@Oli - J'ai du mal à croire que cela fonctionne réellement. Comme dans x uA vous donne y mV out, et 2x uA vous donnera 2y mV out. Il faudrait une meilleure explication que ma description du fonctionnement d'un amplificateur inverseur.
stevenvh
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Le circuit dans votre réponse s'appuie sur l' effet photoélectrique pour amplifier le photocourant produit par la diode avec un amplificateur à transimpédance.

Le circuit dans votre question s'appuie sur l' effet photovoltaïque mais la direction du courant est erronée (considérez un solarcell avec une seule diode), et cela n'a de sens qu'avec un gain fini (c'est-à-dire avec une résistance en série avec la cathode). Il existe également une source de photocourant implicite en parallèle avec la diode.

À quel point une photodiode serait efficace en tant que source photovoltaïque, je ne sais pas, mais je ne pense pas très.


MODIFIER

Circuit amplificateur photovoltaïque

À la réflexion, R1 n'est pas nécessaire car même si la diode est court-circuitée, le photocourant continuera de circuler (encore une fois, envisagez de court-circuiter une cellule solaire).

MikeJ-UK
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@stevenvh - Oui, cela sera vrai pour toute source de tension connectée à un amplificateur inverseur sans résistance d'entrée.
MikeJ-UK
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@stevenvh - Je viens de réaliser qu'une diode photo-voltaïque est vraiment une source de courant et non une source de tension, donc mon commentaire précédent ne s'applique pas.
MikeJ-UK
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J'ai eu l'idée de circuit ci-dessous du circuit J de p253, "Art of Electronics", version 1989. La note d'application pointue utilise également une résistance sur le + Vin pour un ampli op et un phototransistor, mais n'explique pas ce qu'il fait.

J'ai testé le circuit ci-dessous avec et sans la résistance inférieure: je n'ai vu aucun effet lorsque j'ai sorti le court-circuit sur la résistance inférieure: pas même un changement de gain. Je teste à des impulsions lumineuses très faibles, en utilisant des diodes ordinaires à 850 nm et 830 nm comme "photodiodes". J'ai obtenu une bien meilleure détection lorsque la "photodiode" a été inversée à partir des diagrammes de cette page. Ceci n'est probablement important que dans des conditions de faible luminosité (moins de 1 mW / cm ^ 2). Lorsque la diode était orientée comme indiqué sur cette page, la sortie n'était pas inversée, contrairement aux commentaires de tous. Peut-être que les fabricants de photodiodes déclarent l'orientation inversée de ce qu'elle est réellement. Un condensateur de 0,0001 à 0,0047 uF sur la résistance de rétroaction a aidé à réduire les pointes sur les impulsions, mais a aggravé les pointes pour les niveaux de lumière très faibles.

L'utilisation d'un phototransistor à polarisation inverse de 880 nm avec l'ampli op (fig 13 sur la note d'application nette) avec une diode de 830 nm fournissant la lumière fonctionnait environ 10 fois mieux à des niveaux de lumière faibles qu'une LED ordinaire à 830 nm comme détecteur si les impulsions étaient plus d'environ 1 ms, et si un condensateur sur la résistance de retour a été utilisé. Il semble qu'une détection de 0,01 mW / cm ^ 2 soit possible.

L'ampli op est JFET pour des courants d'entrée très faibles.

photodétecteur très sensible

Scott Roberts
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Quel design? Un schéma montrant ce dont vous parlez clarifierait votre propos.
The Photon
Cette conception. Insérez simplement 1 résistance à l'endroit indiqué. Voici la note d'application nette, figure 13. physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf
scott roberts
1. Les réponses devraient être complètes en elles-mêmes. Il n'y a pas de classement fixe des différentes réponses, donc si vous vous référez à une autre réponse comme "ci-dessus", "ci-dessous" ou "ceci", la plupart des lecteurs ne sauront pas de quoi vous parlez. De plus, lorsque vous avez le représentant, le schéma doit être modifié dans votre réponse. 2. Je ne vois aucun lien entre + Vin et une diode dans la figure à laquelle vous vous référez, donc ce n'est pas encore évident de quoi vous parlez. Si vous faites un schéma montrant ce que vous voulez dire et que vous le téléchargez sur Imgur ou un service similaire, nous pouvons modifier votre réponse pour mettre l'image en ligne.
The Photon
OK, schéma ajouté à mon message d'origine.
scott roberts
Il est beaucoup plus facile de comprendre ce que vous proposez maintenant. Mais il y a toujours 0 biais à travers la photodiode (c'est ce que OP demandait). Et quel est l'avantage par rapport à avoir seulement 9,4 MOhm dans le chemin de rétroaction?
The Photon
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Je ne sais pas si cela aide, mais je viens de tester le circuit ci-dessous sur une planche à pain et cela fonctionne bien. La sensibilité n'est pas grande, a besoin d'un peu de lumière pour enregistrer quoi que ce soit et la réponse n'est pas linéaire, mais elle mesure certainement la quantité de lumière que la led blanche brille dessus. La résistance affecte la sensibilité, plus de résistance = plus sensible - je l'ai modifiée jusqu'à ce que ce soit comme je le voulais, quelque part autour de 100k-300k je pense.

La tension à la sortie atteint environ 4 V, mais je pense que c'est une limitation du LM358.

Schéma douteux

Charlie Skilbeck
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