¿Cómo utilizar el fotodiodo IR SFH235 correctamente?

Tengo un fotodiodo ir SFH235 (cuya hoja de datos se puede encontrar aquí ) y solo conocimientos básicos de electrónica.

Quiero conectar el fotodiodo a un Arduino (el gran plan es agregar un diodo ir y construir un sensor de distancia).

Entiendo que el fotodiodo produce corriente, y produce más corriente cuanto más intensa es la luz que cae sobre él.

He visto esquemas que conectan los fotodiodos de la misma manera que se conectan los fotoresistores. Otros lo conectan a un "opamp" (¿por qué?) Y esos son también aquellos artículos que dicen que necesito amplificar la corriente. También he visto condensadores agregados al circuito.

¿Cuál es la forma correcta para mi solicitud? ¿Cómo puedo conectar el fotodiodo a la entrada analógica de Arduino (que mide el voltaje)?

arduino infrared photodiode

— Artium
fuente

La forma más sencilla de conectar un fotodiodo (incluso un LED se puede utilizar de esta manera como fotosensor) es la siguiente:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Tenga en cuenta que el fotodiodo tiene polarización inversa a través de la resistencia de 1 Meg R1. La fotocorriente generada por el diodo se opone al flujo de corriente de fuga a través de este diodo con polarización inversa, dicha oposición aumenta con más luz en la unión del diodo. El voltaje en el punto de unión aumenta así el voltaje con el aumento de la luz.

El esquema de la izquierda tendrá un voltaje bastante bajo en el pin ADC. Para aumentar este voltaje, se puede usar un amplificador operacional como amplificador no inversor, como se muestra en el esquema de la derecha. En el ejemplo que se muestra, esta ganancia es Gain = 1 + (R3/R4) = 9.9182.

Esta ganancia de voltaje da como resultado una lectura mayor en el pin ADC, potencialmente haciendo uso de una mayor parte del rango de voltaje de entrada del ADC.

Otras aplicaciones de amplificadores operacionales para fotodiodos incluyen:

como amplificador de transimpedancia, para amplificar directamente la fotocorriente, sin el uso de una resistencia de polarización
como un seguidor de voltaje (buffer de ganancia de unidad) para el divisor de voltaje formado entre el diodo y la resistencia de polarización

Nota: Sin
embargo, se debe asegurar que el voltaje después de la amplificación no exceda el suministro de 5 voltios. Si el amplificador operacional se alimenta del mismo suministro de 5 voltios que el Arduino, esto se soluciona automáticamente, ya que la salida del amplificador operacional se corta en su riel de suministro superior, o incluso más bajo si el amplificador operacional no es un riel -tipo de riel.

— Anindo Ghosh
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Si uso la forma simple (esquema de la izquierda), ¿cómo puedo calcular el voltaje de entrada en el ADC? ¿Cómo elijo un valor de R1? Lo que me confunde es que cuando medí el voltaje, la corriente y la resistencia del fotodiodo, los tres cambiaron con una mayor intensidad de luz infrarroja, estaba pensando que solo el valor actual es un parámetro que puedo usar para representar su intensidad.

— Artium

@Artium Debería medir realmente el voltaje utilizando un método de alta impedancia (como una sonda 10x o mejor, 100x en un osciloscopio). Del mismo modo, solo comience con R1 = 1M, luego pruebe 470k y 2.2M, para ver cuál funciona mejor. El acto de medir el voltaje o la corriente cambiaría el valor, ya que la magnitud de la fotocorriente es realmente muy pequeña, y la fuga a través de una sonda multímetro típica de bajo costo drenaría muchos de esos femtoAmperes.

— Anindo Ghosh

Entonces, para los rieles de entrada implícitos en el amplificador operacional en el circuito de la derecha, ¿se conectaría el riel positivo a 5V y el riel negativo a tierra?

— imallett el

@imallett Sí, los rieles de suministro implícitos estarían conectados a + 5v y tierra, como usted dice.

— Anindo Ghosh

"El voltaje en el punto de unión aumenta así el voltaje con el aumento de la luz". Usando el circuito de la izquierda (con batería en lugar de Arduino; midiendo el voltaje en el punto de unión con respecto a la tierra con el multímetro), obtengo exactamente lo contrario.

— Imallett

Como los miembros han dicho anteriormente, el voltaje y la corriente de los fotodiodos pueden ser muy pequeños, especialmente con IR. El OSRAM SFH203PFA que se muestra para Instance puede hacer 0.25-0.35 bajo iluminación ambiental o de red, pero sin Bias solo produce una onda de 0.003 3 milivoltios golpeada por láser IR en mi osciloscopio Phillips. La amplificación usando un amplificador operacional funciona para mí.

— Dave Bond
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