Messung der Lichtverhältnisse mit einer Fotodiode und einem ADC

Ich versuche, eine Fotodiode zu verwenden, um Lichtpegel über einen ADC auf einem ATMega168 zu messen. Ich habe den Mikrocontroller-Code ordnungsgemäß funktionieren lassen (Werte an einem Pin messen und als LED-Helligkeit melden), aber ich habe Probleme, die Fotodiode dazu zu bringen, eine von den Lichtpegeln abhängige Spannung zu melden.

Ich sehe, dass ich dies mit einem Operationsverstärker ( hier ) erreichen könnte, aber ich möchte dies möglichst ohne Operationsverstärker tun können. Ich habe eine 5-Volt-Quelle und möchte, dass die Fotodiode Werte zwischen 0 und 5 Volt ausspuckt. Gibt es eine clevere Schaltung, die ich für diesen Zweck verwenden könnte und für die kein Verstärker erforderlich ist? Ich stelle diese Frage, weil ich wissen möchte, wie man eine Fotodiode für diesen Zweck verwendet (ich möchte keinen LDR verwenden). Vielen Dank!

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Oh ja, hier ist das Datenblatt für die Fotodiode, die ich benutze.

— wcmartin
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Wichtiger Hinweis Dies ist eine IR-Diode : Daylight blocking filter matched with 870 nm to 950 nm emitters. IR-Fotodioden haben normalerweise ein undurchsichtiges Schwarzgehäuse, während Fotodioden mit sichtbarem Licht in klaren Gehäusen vorliegen. Sie könnten nach einer Fotodiode (ein Fototransistor ist noch empfindlicher) mit einer Augenempfindlichkeitskurve suchen. Ich erinnere mich, dass ich hier den SFH3410 von Osram verwendet habe.

Dann die gute Nachricht: Eine Fotodiode oder ein Fototransistor fungiert als Stromquelle, sodass ein Vorwiderstand ausreicht, um den Strom in eine Spannung umzuwandeln. In Ihrem Datenblatt ist das Diagramm in Abbildung 3 dasjenige, das Sie benötigen. Der Rückstrom variiert zwischen 1uA und 100 A. Ein Vorwiderstand von 10k wandelt diesen in 10mV - 1V um. Sie können dies erhöhen, um eine höhere Spannung zu erhalten. Sie müssen mit Lichtstärken und Widerstandswerten experimentieren, um einen vollen Bereich von 5 V zu erreichen. Beachten Sie auch, dass die Eingangsimpedanz des ADC parallel zum Messwiderstand verläuft, wodurch die Empfindlichkeit verringert wird. $\mu$

Die folgenden Grafiken stammen aus dem Datenblatt des SFH3410. Wenn Sie bedenken, dass Sie eine von mindestens 0,5 benötigen (rechte Grafik), sind Sie auf eine 4,5-V-Leistung eines 5-V-Netzteils beschränkt. $V_{CE}$

Alt-Text

Weiterführende Literatur:
SFH3410 Application Note

— stevenvh
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Dies ist ein photoleitender Modus. Kann auch Photovoltaik verwenden, im Grunde genommen im Leerlauf, wie der Link des OP beschreibt. Photoleitend ist schneller, da die relativ große Vorwärtsvorspannung die injizierten Träger "wegfegt", aber auch lauter.

— Tyblu

Ich bin mir nicht sicher, ob dies funktionieren würde. Diese Fotodioden sind sehr empfindlich. Wenn Sie jedoch 100 uA haben, haben Sie viel Licht. Wie wäre es mit einem nA-Bereich, als es schwierig wäre, irgendetwas zu messen.

— Frank

@Frank - Ich habe den SFH3410 für die Messung des Innenlichts verwendet. 10 Lux ist bereits ein sehr dunkler Raum, 1000 Lux ein sehr hell beleuchteter Raum. (Mondschein: 1 Lux; direkter Sonnenschein an einem hellen Sommertag: 100 000 Lux.) Für eine Reichweite würden Sie nicht nur wenig messen, sondern auch sehr wenig sehen :-)

— Stevenvh

@Frank - Übrigens habe ich den Sensor für ein PID-Regelsystem mit konstantem Licht verwendet, das über den vom Produktmanagement geforderten Bereich von 5 bis 1000 Lux perfekt funktioniert.

— Stevenvh