ฉันพยายามทำโปรเจกต์ที่มีแสงน้อยมากในช่วง 2 วันที่ผ่านมาโดยใช้โฟโตไดโอดและโฟโตคอนดักเตอร์ นี่สำหรับคนอย่างฉันและโปสเตอร์ต้นฉบับที่กำลังตรวจจับแสงโดยไม่ใช้ photomultiplier ถึงขีด จำกัด (ต่ำกว่า 0.1 mW / cm ^ 2)
ฉันดูที่โมดูลตัวรับสัญญาณแรกและการตรวจจับรังสีขั้นต่ำคือ 0.2 mW / m ^ 2 ซึ่งมีความสามารถน้อยกว่าประมาณ 10,000 เท่า (มีความสามารถน้อยกว่า) โฟโตไดโอดและโฟโตคอนดักเตอร์ที่แยกจากกันใด ๆ ) ไม่เหมาะสำหรับระดับแสงที่ต่ำมากตาม "Art of Electronics" (1 uA ต่อหนึ่งหน้าของแสง 996) โดยสิ้นเชิงไม่สามารถเข้าใกล้สิ่งที่สายตามนุษย์สามารถทำได้เนื่องจากกระแสไฟฟ้ารั่วและเสียงรบกวน เขาอธิบายการใช้โฟโต้มิเตอร์ซึ่งอาจจำเป็นหากระดับแสงของคุณต่ำเกินไป อย่างไรก็ตามในแสงที่ส่องผ่านนิ้วมือของฉันในห้องที่มีแสงสว่างเพียงพอฉันสามารถมองเห็นสิ่งที่ตาของฉันไม่สามารถตรวจจับได้บนออสซิลโลสโคป (ด้วย PhotoDiode หรือ PhotoTransistor)
สมมติว่า 1 uA ต่อ uW ของเขาถูกต้องนี่คือตัวอย่าง: โฟโตไดโอด 5 มม. และโฟโตคอนดักเตอร์มีพื้นที่ 20 ไมโครเมตร m 2 ดังนั้น 1 uW / m ^ 2 (1 ใน 1,000 ของแสงแดดเที่ยง) จะสร้าง 20 uA (ตาม Art of Electr) [[1 / 1000th ของแสงแดดเที่ยงคือ 1 W / m ^ 2 ซึ่งมีความแรงประมาณสองเท่าของแสงอินไซด์เซน 20W ที่ 1 เมตร (6W แสงออกสู่พื้นที่ผิว 12 m ^ 2 ของทรงกลมโดยรอบ) ]]
อย่างไรก็ตามแผ่นข้อมูล phototransistor 880nm ของฉันระบุว่า 600 uA ที่ 1W / m ^ 2 (0.1 mW / cm ^ 2) ซึ่งมากกว่า 30 เท่า สิ่งนี้จะถือว่าแสงทั้งหมดอยู่ในช่วงแอ็คทีฟของทางแยกของไดโอด
ชาร์ปมีบันทึกย่อแอปพลิเคชันที่ดีกว่ามาก แต่ดูเหมือนว่าจะขาดในการอธิบายว่าการออกแบบใดเหมาะกับสถานการณ์ใดมากที่สุด รูปที่ 13 ใช้กับโปสเตอร์ต้นฉบับที่ฉันต้องการได้มากที่สุดและรูปที่ 10B น่าสนใจมาก แต่ฉันไม่รู้ว่าพวกเขาหมายถึงอะไรโดย "ปรับปรุงการตอบสนอง" http://physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf
เมื่อใช้กับแอมป์สหกรณ์ phototransistor อาจไม่สามารถรับโฟโตไดโอดได้ดีเท่าระดับแสงต่ำมากเพราะใช้วิธี "ถูก" ในการรับเกนเริ่มต้น (ทรานซิสเตอร์แทนแอมป์ op) ฉันสงสัยโฟโตไดโอดที่มีแอมป์ JFET op (กระแสอินพุตต่ำมาก) ในท้ายที่สุดจะให้อัตราขยายที่สูงขึ้นพร้อมเสียงรบกวนน้อยลง ในกรณีใด ๆ โฟโตไดโอดหรือ phototransistor ที่มีพื้นที่รับแสงที่ใหญ่ที่สุดอาจมีความสามารถที่ดีที่สุดในการตรวจจับระดับแสงต่ำ แต่อาจเพิ่มเสียงรบกวนและการรั่วไหลตามปริมาณที่เป็นสัดส่วนและมักเป็นปัญหาพื้นฐาน ดังนั้นจึงมีข้อ จำกัด ในการตรวจจับแสงชนิดนี้และโฟโตไดโอดที่มีประสิทธิภาพอย่างสมบูรณ์แบบและโฟโตไดโอดในที่สุดอาจจะดีเท่ากันเมื่อใช้กับแอมป์สหกรณ์ แต่ในทางทฤษฎีแล้วฉันสงสัยว่าโฟโตไดโอดนั้นดีกว่าเล็กน้อย
สำหรับแอมป์ซัพพลายคู่คุณสามารถใช้คู่ตัวต้านทานมูลค่า "lowish" (สอง 1k สำหรับ 10V Vcc เพื่อรับ 5 mA bias) เพื่อแยกแรงดันไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงดันปลอมสำหรับ + Vin
ฉันพบ R = 1M สำหรับตัวต้านทานข้อเสนอแนะดีกว่า R = 4.7M Forrest Mimms ในหนังสือ opto อย่างง่ายของเขาใช้ 10 M พร้อม 0.002uF ขนานและเซลล์แสงอาทิตย์แทน phototransistor หรือ photodiode สำหรับ "extrememly" ระดับแสงน้อย "(บางทีเซลล์แสงอาทิตย์อาจจะดีกว่าสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ) ดูเหมือนว่า PN ทั้งหมด junctions ดูเหมือนจะทำงานเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ในระดับหนึ่งเนื่องจากฉันได้อ่านการใช้ไดโอดสัญญาณขนาดเล็กที่ชัดเจนเพื่อตรวจจับแสงฉันใช้ LED 830 nm ปกติเป็น "โฟโตไดโอด" ของฉัน
มุมเลนส์ของไดโอดออปติคอล 5 มม. ที่คุณใช้นั้นแตกต่างกันมาก +/- 10 องศาจะไวกว่า +/- 20 องศาประมาณ 4 เท่า ... ถ้าแหล่งกำเนิดแสงมาจากน้อยกว่า +/- 10 องศา หากแหล่งกำเนิดแสงเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านหน้า +/- 20 องศาก็ไม่เป็นไร
ฉันทดสอบทั้งสองวงจรด้านล่าง ฉันสามารถตรวจจับ 0.3V, 5 ms พัลส์บน Vo ของ phototransistor ซึ่งหมายถึง 0.3 uA ซึ่งหมายถึง 0.05 uW / cm ^ 2 หากการอ่านแผ่นข้อมูลของฉันถูกต้องและถ้ามันยังคงเป็นเส้นตรง (ใหญ่ ifs) จนถึง 0.3uA อาจจะเป็น 5 uW / cm ^ 2 หาก 0.05 uW / cm ^ 2 ถูกต้องแสดงว่า LED 830 แบบ off-the-shelf อ่านได้ถึง 0.5 uW / cm ^ 2 ฉันส่องแสง 10 mW 830 nm ผ่านเนื้อเยื่อ 1 ซม. (นิ้วของฉัน) ฉันรู้ว่าถ้าระดับแสงที่ฉันทำงานด้วยเป็นสีแดงมันจะมองเห็นได้แทบจะไม่ ลิงค์ด้านล่างแสดงโดยใช้ความคิดเห็น 500 M ohm พร้อมโฟโตไดโอดซึ่งแสดงระดับแสงที่ต่ำกว่ามาก สังเกตทิศทางของโฟโตไดโอดซึ่งเหมือนกับ LED ของฉัน (ย้อนกลับจากลิงก์อินเทอร์เน็ตส่วนใหญ่) ฉันได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าด้วยวิธีนี้
http://www.optics.arizona.edu/palmer/OPTI400/SuppDocs/pd_char.pdf
