Wie schließt man eine Photodiode an?
Wenn ich wissen will, ob das Licht an oder aus ist: Wie schließe ich dann eine Photodiode (z. B. hat mal einer unserer Praktikanten einen Haufen PD204-6C bestellt...) am Besten an?
Wenn ich es wie auf dem Bild mache, dann schwankt der Widerstand der Diode zwischen 4,7MΩ (kalt-weiß, 24W LED-Licht) und 7,7MΩ (ziemlich düster)...
Geht das nicht auch deutlicher? Ich dachte wie bei einem LDR... da geht es doch um Zehner-Potenzen... bei der Photodiode halbiert sich der Widerstand nichtmal...
wenn man am 0V-Symbol die positive Elektrode eines Oszis anschließt und an PD die negative... und +3V0 abklemmt, dann sieht es so aus:
3 Antworten
Bei der Photodiode wird der Sperrstrom gemessen, dieser ist proportional zur Beleuchtungsstärke:
Deine Schaltung ist schon OK. Anode an Minus, Kathode an Plus!
Üblicherweise wird die Diode im Kurzschluss betrieben, ein Vorwiderstand macht sie langsam (Sperrschichtkapazität), deshalb macht man das oft mit einem hochohmigen Transimpedanzverstärker.
Wenn du aber bei einer Fotodiode von "Widerstand" sprichst, bist du schon falsch abgebogen, denn so kann man das nicht modellieren.
Die Photodiode ist ein aktives Element. Das funktioniert nicht mit Spannungsteiler. Schau mal in dieses Bild:
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Kennlinie_Photodiode_1.png
Der Quadrant links unten ist für den Betrieb als Fotodiode. Hier verhält es sich wie eine Stromquelle. die von der Irradianz abhängt. Das haben hier andere auch schon gesagt.
oh manno... wenn ich in zwei in Serie geschaltete Bauteile eine Spannung reinlasse... und in der Mitte isses _konstant_ nur noch die Hälfte, dann werden wohl beide Bauteile denselben Widerstand haben...
ist na klar eine grobe Vereinfachung der tatsächlichen Vorgänge... aber ich will ja nicht das Wesen dieser Dioden komplett verstehen, sondern nur dih von dah unterscheiden können...
Die Fotodiode ist ein aktives Bauteil und somit hat die keinen Widerstand. Eine Batterie hat ja auch keinen Widerstand, sondern eine U-I Kennlinie. Du würdest nicht auf die Idee kommen zu sagen, eine 1,5V Batterie hätte 10 Ohm. Wenn du and die Fotodiode 0V anlegt fließt ein Fotostrom, der mit Irradianz größer wird. Der Widerstand U/I wäre somit hier immer Null - egal bei welcher Irradianz. Außerdem steigt der Widerstand mit steigender Spannung ungefähr linear an. Du kannst rechnerisch von mir aus U/I als einen Widerstand bezeichnen, nur macht das wenig Sinn. Das hat schon CatsEyes gesagt. Wichtiger ist das Kennlinienfeld (siehe wikipedia Artikel im dritten Quadranten. Wenn du an der Fotodiode keinen signifikantenSpannungsunterschied zwishen Hell-Dunkel misst, machst du etwas falsch. chau auf die Polung, hat das Voltmeter einen ausreichend hohen Eingangswiderstand? Was genau gefällt dir nicht an deiner Schaltungbzw. was beobachtest du denn?
Sinnvoll wäre zu zeigen wie du misst (Messaufbau) und was rauskommt.
ich messe mit dem ADC, der in dem STM32G030 eingebaut ist...
Und was hat der für einen Einganswiderstand? Du bist ja mit der Fotodiode recht hochohmig unterwegs.
der hat am Anfang unter 100Ohm bis der interne sampling Kondensator geladen ist... wenn der geladen ist, dann ist der Eingangswiderstand wohl super hoch... 100MegaOhm oder so... schätze ich...
es gefällt mir schon iwi... die Spannung geht ziemlich scharfkantig rauf und runter... aber eben nich von 0V auf 3V und wieder auf 0V... ich brauche also einen ADC... lieber wäre mir, wenn meine MCU einfach pennen könnte, bis die Photodiode Licht am Ende des Tunnels sieht...
wohl super hoch... 100MegaOhm oder so... schätze ich...
Datenblatt sagt was?
Da steht was von 5uA leakage current.
Ich würde die Spannung an der Diode mal mit einem hochohmigen Voltmeter messen um andere Fehlerquellen zuerst mal auszuschließen. Der ADC ist möglicherweise nicht ausgelegt für sehr hochhohmige Messungen.
normalerweise nimmt man einen Transimpedanzverstärker für sowas. Dann braucht man sich um das Voltmeter nicht kümmern. Du kannst ja auch mal messen, wieviel Strom in den ADV hineinfließen. z.B. mit 100 Ohm Widerstand Spannungsabfall. Die Diode direkt an den ADC zu hängen erscheint mir bissl waghalsig.
also den leakage current sehe ich da nicht... aber beim ATtiny84 soll der Eingangswiderstand (Rain) 100MΩ (typisch) betragen... das wird dann beim STM32 wohl kaum unter 1MΩ sein... lol
Hast du den Input des ADCs richtig konfiguriert? Manche Eingänge haben da einen Pull-Up- und der wäre in denem Fall natürlich fatal.
Ich hab keien Zeit, mich mit der MCU auseinanderzusetzen, aber das erste was ich machen würde ist ein normales Voltmeter zu verwenden und schauen was passiert. Mit deinem MegaOhm bist du extrem weit entfernt von den maximal 50kOhm Quellwiderstand des Datenblatts.
dann müsste ich ne Leiterbahn durchtrennen... und n Widerstand da rein löten... und dann noch n Oszi, um den Moment zu sehen, wo die Sampling Phase abgeschlossen ist...
ich dachte ihr schüttelt die Antwort aussm Ärmel...
also so eine Art Dings, das lernt, wie die Hintergrund-Beleuchtungsstärke gerade ist, und dass dann heftig reagiert (von logisch 0 auf logisch 1 und zurück...), wenn mein Phone mit 8Hz bis 16Hz flackert...
ja... der Eingang ist richtig ge-conf-t... ich kann mit nem Oszi auch diese halbherzigen Änderungen sehen... von 3V auf 2,5V und wieder zurück oder so...
Nur als Tipp: wenn du im Dunkel/Hell Zustand den Strom berechnest (anhand der Schaltung), dann kommt man mit deinen Zahlen auf 345nA/526nA. Das ist viel zu wenig Strom für diese Diode bei Hell und zu viel bei Dunkel, denn bei Hell sollte die ja um die 3uA liefern und bei Dunkel ~10nA. Es stimmt also irgendwas in deinem Aufbau nicht bzw. du hast parasitäre Ströme, mit denen du nicht rechnest.
ohne externe Spannung und ohne Widerstand kommt sowas raus wie in dem neuen Bild in der Frage...
da betreibst du die Fotodiode als Solarzelle. Wie sieht es aus, wenn du Spannung und Widerstand anschließt und die Spannung an PD gegen Masse mitz dem Oszi misst? Das war ja die ursprüngliche Frage. Sind die 1MOhm wirklich 1MOhm? Bei entsprechender Helligkeit müssten da so ca. 3uA fließen.
so habe ich es ja am Anfang gemacht... wie in dem ersten Bild... aber dann sieht es total undeutlich auf dem Oszi aus... da ist der Faktor 2 zwischen hell/dunkel...
und ohne Widerstand ist der Faktor etwa 7... ich glaub, dass ich die Schaltung probieren werde... und mit der 1,1V Bandgap Referenz...
Ohne Widerstand müsste die Spannung negativ sein - da areitet die Diode ja als Solarzelle und die Sensitivität ist nur klein. Ich kann keine Ferndiagnose machen, aber es ist schon sehr sehr seltsam, dass es mit der anderen (richtigen) Variante nicht geht. Ich glaube immer noch, dass da in den DAC Ströme fließen, die nicht sollen...
ich hab einfach die Elektroden vertauscht... also Minus dahin, wo der Pfeil hinzeigt...
Du misst dann die Spannung der Solarzelle. Geht auch, nur ist diese Spannung nicht ansatzweise linear zur Lichtstärke. Deswegen betreibt man fotodioden im Sperrbereich. Kannst du den Strom messen, der in den ADC fließt? Der 1M ist wirklich 1M?
den Widerstand lasse ich komplett weg...
und ja: der hat wirklich ein ganzes Mega Ohm... ich dachte mir, dass das besser ist, bei so kleinen Effekten...
Hab deine schaltung im Labor aufgebaut und es funktioniert einwandfrei. Halt andere fotodiode und ohne adc
ja... funktioniert ja bei mir auch, aber eben nicht so deutlich...
wie ist es denn bei dir? also welche Werte misst du?
naja, ich versorge mit 5V. der Hub der Spannung ist viel größer: dunkel messe ich fast 5V und hell geht die Spannung auch auf Null. Der Strom ist dann ca 5uA. Bei noch größerer Helligkeit wird die Spannung negativ (muss ja so sein). Also verstehe ich ganz und gar nicht, wieso du da Probleme hast.
wenn man ganz genau hinsieht, kommt bei mir noch ein MUX (CD4051) zwischen ADC und dem Messpunkt PD... aber auch, wenn man MUX und ADC weglässt und (statt 3V) 5V nimmt und das alles auf nem Breadboard zusammensteckt und das Taschen-Oszi an PD anschließt, dann geht es nur von etwa 4V auf 3,5V runter...
vielleicht ist die LED in meinem phone nicht so richtig hell...
kann sein, kann ich mir aber nicht vorstellen. Das Maximum liegt im Infraroten, aber dennoch muss es im sichtbaren immer noch gut funktionieren.
Eine Photodiode funktioniert wie eine Solarzelle. Die Photodiode ist de facto eine lichtgesteuerte Stromquelle mit einer in Flussrichtung parallel geschalteten Diode. Das bedeutet, du belastest sie hochohmig (die Fläche ist ja recht klein) und misst die Spannung. Solange du deutlich unter der Flussspannung der Diode (etwa 0,5V) bleibst bekommst du für jedes Photon, dass die Detektorfläche trifft, ein Elektron, dass durch den Widerstand flisst und einen Spannungsabfall erzeugt.
ok... wie müsste die Schaltung dann aussehen?
So?
+3V0 ----- (Anode)D1(Kathode) ----- 1MΩ ----- 0V
nein
google mal nach "Schaltung Dämmerungsschalter mit Photodiode"
oder
https://www.mikrocontroller.net/topic/283899
oder
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1QjRS2ui5rh1YEQRzO9jts5GvptViHXFpoZsxd5cHIWw/edit#gid=1411284201 (die Photodiode an stelle der LED2 einsetzen)
Eine Fotodiode ist kein Widerstand, vielmehr liefert sie eigenständig eine Spannung abhängig von der Beleuchtung. Mit einem Ohmmeter lässt sich da nichts messen, da Ohmmeter eine eigene Spannung zum Messen haben.
Die Schaltung ist schon ok, aber an PD ist die Spannung Helligkeitsabhängig, hat nix mit Widerstand zu tun.
aber aus der Spannung PD kann man doch einen Ersatzwiderstand für D1 ausrechnen... oder? R23 ist ja bekannt... und +3V0 auch... also ein Spannungsteiler...
Nein, so wird das nichts... Die Fotodiode liefert einen Strom, der abhängig ist von der Beleuchtung. Aufgrund dieses Stroms fällt an dem Widerstand dann eine entsprechende Spannung ab. Eine Fotodiode ist ein aktives Element, im Gegensatz zu einem LDR etwa, da kann man nicht einfach rein Ohmisch rechnen.
Der sich rechnerisch ergebende Widerstand der Diode ist nicht per Ohmmeter messbar, ein Ohmmeter kann nicht den Strom der Fotodiode variieren, weshalb die angezeigten Werte nicht der Realität entsprechen. Vielmehr muss man dann die Kennlinie der Diode zu Hilfe nehmen, die die Abhängigkeit zw. Beleuchtung und Strom darstellt.
also gibt es keine einfache Schaltung, die den Unterschied zwischen hell&dunkel deutlicher herauskitzelt?
ich würde sonst einen 10bit-ADC an PD anschließen und dann einen gleitenden Mittelwert bilden und so dann erkennen, ob gerade jemand Morse-Zeichen an die Diode schickt...
oder geht es einfacher?
vielleicht D1 und R23 vertauschen, damit ich dieses 1,1V bandgap Dings als Referenz-Spannung für den ADC verwenden kann?
die Schwellen ändern sich andauernd (durch die Flur-Beleuchtung und Tageslicht...)... ich will ein Türschloss bauen, das man mit Morse-Code öffnen kann... durch ein mit Epoxid versiegeltes Loch in der Tür... also galvanisch getrennt und ohne Möglichkeit iwas unbemerkt zu manipulieren.... grins
Mit dem Ohmmeter isst du nur die Flussspannung der parasitären Diode die sich beim Summenstrom der Addition des Photo-Stroms und des Messstroms des Ohmmeters einstellt.
Kappt vielleicht auch. Aber vielleicht sind die schnellen Anstiege sinnvoller. Kaum ein "natürliches" Ereignis wird mehrere schnelle Wechsel produzieren. Aber müsste man probieren, speziell mit sowas habe ich auch keine Erfahrung.
Auf jeden Fall brauchst Du "dahinter" ja eine Logik, ein Programm, was die Anzahl der Wechsel detektiert und das "richtige" daraus macht.
Ich würde tippen, dass Du das am besten mit Anstieg-, Abfallzeiten hinbekommst und einer Fotodiode, die einen Komparator und einem Hochpass steuert, so das "am Ende" nur diese kurzen Impulse durchkommen. Da braucht das iPhone gar nicht sonderlich hell sein, nur schnell schalten muss es können. Kann es bestimmt.
Die Schaltung ist falsch. Der Widerstand muss nach Masse geschaltet werden und nicht zur Spannung. Das wird nur benutzt, wenn man den Photostrom direkt mit einem Bipolartransostor auswerten will, um den Arbeitspunkt des Transistors einzustellen. Das Messgerät dividiert diese Spannung durch den ihm bekannten Messstrom und zeigt das Ergebnis als Widerstand an.
Falsch nicht, das hängt doch davon ab, was "dahinter" kommt.
ok...
bei mir geht es um 16Hz (Morse Code App auf höchster Stufe... 30msec für ein dih...)... oder 32Hz... oder maximal 100Hz...
wieso falsch abgebogen? kann man nicht immer bei einem Spannungsteiler einen ohmschen Ersatzwiderstand ausrechnen?