Светодиод как фотодиод?
Использование светодиода как оптического сенсора (фотоприемника). Мой самодельный радиометр для измерения излучения Солнца
Светодиод как источник излучения
Светодиод (англ. LED) чаще всего используется в качестве излучателя света (при прямом смещении pn-перехода, англ. forward biased).
Кристалл светодиода излучает свет под определенными углами, так как из-за явления полного внутреннего отражения световые частицы могут покидать кристалл только в пределах конусов вывода излучения (англ. escape cones) — верхнего и боковых (для прямоугольного кристалла):
Можно рассмотреть диаграмму его излучения под различными углами, расположив светодиод параллельно экрану:
Как видно, присутствует сильный верхний луч от верхнего конуса, усиленный фокусирующим эффект корпуса, и более слабые боковые лучи, обусловленные боковыми конусами.
Можно рассмотреть центральный луч подробнее, расположив светодиод перпендикулярно экрану:
Светодиод как приемник излучения
Светодиод может использоваться и в качестве фотоприемника (при обратном смещении pn-перехода, англ. reverse biased). Впервые этот эффект исследовал в 1970-е годы Forrest M. Mims III (forrestmims.org), он описывается в многочисленных публикациях. С помощью этого эффекта можно, например, подстраивать яркость свечения индикаторного светодиода в зависимости от уровня освещения.
Forrest M. Mims III
К преимуществам светодиода как оптического сенсора можно отнести его низкую стоимость и достаточо узкую полосу пропускания, не требующую применения дополнительных оптических фильтров. К недостаткам можно отнести влияние температуры на результаты измерения.
Для применения светодиода в качестве датчика света на него необходимо подать обратное напряжение смещения (анод — «минус», катод — «плюс»). Напомню, что у светодиода длинный вывод — анод, короткий — катод.
Фотоны, падающие на pn-переход светодиода, вызывают генерацию фототока (англ. photocurrent)), который весьма невелик (светодиод не предназначен для генерации большого фототока):
Имеются данные, что при прямом падении солнечного света на 5-мм красный светодиод (1000 мКд при 20 мА) фототок составляет 20 мкА.
Работающий как фотоприемника светодиод можно представить в виде параллельного соединения источника фототока IF и емкости C (10. 15 пФ):
Следует отметить, что в таком режиме светодиод будет реагировать на световое излучение с длиной волны, равной или меньшей, чем длина волны излучения светодиода (например, у желто-зеленого светодиода она составляет 555 нм, а максимум чувствительности такого светодиода как фотоприемника приходится на 525 нм с шириной диапазона чувствительности около 50 нм, а красный светодиод является хорошим детектором оранжевого света):
Красные, оранжевые и желтые светодиоды основаны на AlGaInP, синие, зеленые — на InGaN. При этом необходимо учесть, что влияние оказывают и фильтрующие свойства корпуса светодиода.
Я провел ряд опытов, которые показали, что красный светодиод не реагирует на излучение инфракрасного светодиода, зеленый — на излучение инфракрасного и красного сетодиодов и красного лазера, белый — на излучение инфракрасного, красного и зеленого сетодиодов и красного и зеленого лазеров.
Оценить световой поток, падающий на светодиод, можно двумя способам:
1 — измерение фототока
2 — использование светодиода как конденсатора в режиме заряда/разряда (фактически выполняется интеграция фототока по времени)
Измерение фототока
Измерять фототок можно непосредственно или с помощью измерения напряжения на резисторе R.
Использование заряда/разряда емкости светодиода
В этом варианте светодиод через токограничивающий резистор подключается к выводу микроконтроллера через токоограничивающий резистор. Вывод переключается в режим «выхода» для заряда емкости светодиода, а затем в режим «входа» для измерения напряжения светодиода в процессе разряда. При этом оппределяется длительность разряда T до порогового напряжения:
Ультрафиолетовое излучение Солнца
УФ-излучение Солнца делится на три области:
UVA — 315. 400 нм — на земной поверхности в 15. 20 раз превышает UVB
UVB — 280. 315 нм — 90 % поглощается атмосферой, изменения уровня UVB сильно ощущаются людьми, причем сам уровень зависит от высоты, расположения Солнца в небе, объема озона в атмосфере и облачного покрова
UVC — 100. 280 нм — почти всё поглощается атмосферой
Оценка интенсивности солнечного излучения, проходящего через атмосферу
Для измерения передачи солнечного света через земную атмосферу применяются два вида инструментов:
- инструменты для измерения излучения всего неба (англ. full-sky instruments) — радиометры (широкополосные радиометры — пиранометры или солариметры);
для радиометров реакция детектора на прямое облучение источником света должна быть пропорциональна косинусу зенитного угла источника света (англ. cosine response). - инструменты для измерения прямого солнечного излучения (англ. direct sunlight instruments) — солнечные фотометры (широкополосные фотометры — пирогелиометры).
В обоих этих категориях применяются инструменты для измерения излучения в широком диапазоне длин волн или только для заданной длины волны.
Forrest M. Mims III построил солнечный фотометр (англ. Sun photometer) на основе светодиодов для измерения оптической плотности атмосферы. Это позволяет оценить содержание аэрозолей, озона и водяного пара в атмосфере.
Сейчас подобные детекторы широко применяются для измерений в близком инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.
Мой самодельный радиометр
Я сделал свой простейший зенитный узкополосный радиометр (англ. zenith-looking narrow-band radiometer), подключив батарею «Крона» через интегральный стабилизатор 78L05 (выходное напряжение составило около 5 В) и резистор сопротивлением 4,7 МОм к «белому» светодиоду (5 мм):
Светодиод белого свечения на самом деле содержит «синий» светодиод (на основе InGaN или GaN с длиной волны излучения 465 нм), что делает его восприимчивым к лучам синего, фиолетового и ультрафиолетового света. Это позволяет оценить интенсивность УФ-излучения Солнца.
Сам светодиод я поместил в непрозрачную трубку, оставив открытой только верхнюю полусферу корпуса.
Я измеряю напряжение на резисторе R, пропорциональное фототоку светодиода, цифровым мультиметром на пределе 2 В.
Мой радиометр измеряет излучение неба в зените (англ. zenith sky radiance (ZSR)).
Общая интенсивность излучения (англ. irradiance) складывается из двух составляющих:
$T = S + D$ , где $S$ — прямое излучение Солнца, $D$ — рассеянное излучение (от неба).
Чем меньше высота Солнца (больше его зенитный угол $z$), тем длинее путь, проходимый солнечными лучами в атмосфере и тем меньше $S$.
При закрытом облаками Солнце $S$ уменьшается (при плотной облачности — весьма заметно), но при этом возрастает $D$, причем уровень этой составляющей при облачности может превышать уровень для ясного неба.
Я расположил светодиод вертикально на открытом месте в июльский день:
Я получил такие результаты:
При закате 4 августа 2017 года при практически безоблачном небе напряжение на резисторе составило 3 мВ.
При поднесении датчика моего фотометра практически вплотную к светящейся КЛЛ мощностью 23 Вт показания напряжения на составляют 0,20. 0,25 В, что соответствует фототоку 43. 53 нА.
Продолжение следует
Светодиод как фотодиод?
| Текущее время: Ср июл 14, 2021 01:44:57 |
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Необычное применение RGB светодиода
| Страница 1 из 1 | [ Сообщений: 16 ] |
|
Собственно идея использовать светодиод в качестве фотодиода не нова. ЗЫ. Схема проверена на трех типах китайских RGB ледов, на всех результат получается примерно одинаковый. Схема эксперимента: _________________ JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой! Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc А где вы берете такие дорогие леды? А вот оптроны: 5 руб./штука Если говорить о законченных оптронных ключах (со встроенными полевиками), то они еще на порядок дороже. И да при чем здесь фотоаппарат не понял Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет _________________ Приглашаем всех желающих 15 июля 2021 г. принять участие в бесплатном вебинаре, посвященном решениям Microchip и сервисам Microsoft для интернета вещей. На вебинаре вы узнаете, как быстро разработать устройства IoT с использованием готовых функциональных узлов – микроконтроллеров, микропроцессоров, модулей беспроводной связи и крипто-ускорителей. Особое внимание будет уделено облачным сервисам Microsoft и рассмотрен вопрос практического подключения отладочных плат от Microchip к облаку Azure. Неа не промерял. Тут нужно смотреть на конкретном транзисторе, время переключения будет зависеть от затворной емкости, напряжения коммутации и прочей фигни. Если смогу то посмотрю сегодня. Пробойное напряжение между матрицами это сложнее, нет у меня оборудования чтобы это измерить, но расстояние между кристаллами приличное, несколько киловольт имхо должно держать. Минимальный ток включения -зависит опять же от многих факторов, от порогового напряжения транзистора, от желаемой скорости переключения: если хотим побыстрей переключить -нужно ток управления побольше, и наоборот. Напряжение кстати можно снять и больше, если склеить два свтодиода вместе, в этом случае можно снять даже 5В (при управляющем 3В) Analog Devices (ADI) выпустила обновленное поколение DC/DC с усиленной изоляцией ADuM5x2x и ADuM6x2x. Новая серия эффективна для двухслойной PCB. В ней используются технологии ADI iCoupler® и isoPower. ADUM5x2x/ADUM6x2x устраняют необходимость проектирования изолированных преобразователей постоянного тока в приложениях до 500 мВт. Светодиод и операционный усилитель: как услышать светНедавно на каком-то сайте (может даже на этом) я прочитал удивительную вещь: оказывается, светодиод можно использовать как фотодиод, если включить его в обратной полярности! Проверить было очень легко — мультиметр показывал, что сопротивление действительно падает, если на светодиод посветить. Что ж, прекрасно. С фотодиодами или фоторезисторами пока работать не доводилось — честно говоря, понятия не имею, какие покупать, но руки-то чешутся! Возникало море идей, от попытки «поймать» частоту мерцания ламп накаливания и проверить, заметно ли меньше мерцают галогенки, до передачи аудиосигнала, а то и цифровых данных, по лазерному каналу. Первое, кстати, я в тот же вечер реализовал на Ардуино, заодно попрактиковавшись строить графики сигналов в EasyPlot, а до последнего руки так и не дошли (пока). Зато есть нечто промежуточное: давно хотел попрактиковаться с операционными усилителями, и вообще с аналоговыми сигналами, и новый осциллограф потестить. Значит, будем «ловить» мерцание лампочек, и усиливать его. После вечера-другого мучений, на свет родилась следующая схема: Печатной платы, кстати, не будет — схема имеет исключительно образовательную ценность, до смешного проста, и так и просит о какой-нибудь доработке, полосовом фильтре, например. Поэтому собирать её рекомендую на макетной плате (которая по-английски называется breadboard). Экономит кучу времени, помимо прочего. Выглядит это всё вот так:
Теперь о работе схемы. Напряжение с делителя 10МОм/светодиод (примерно 2В из 9) подаётся на операционный усилитель, включенный в качестве повторителя. При этом напряжение на выходе в точности равно напряжению на входе, но выходное сопротивление уже не десяток мегаом, а равно таковому у операционного усилителя (десятки — сотни Ом). Без этого номиналы всех остальных резисторов пришлось бы подбирать так, чтобы они не нарушали работу схемы, а теперь об этом можно не думать. Можно было бы и по-другому сделать, конечно, но речь не об этом. Следующая стадия — уже усилитель, коэффициент усиления которого определяется величиной отрицательной обратной связи. R5 и R7 эту обратную связь и образуют. Только в отличие от классической схемы, рисуемой в учебниках, Здесь R7 идёт не на землю, а на делитель напряжения на двух резисторах, выдающих примерно 4,5В. Таким образом выходной сигнал будет колебаться не около нуля (что приведёт к «обрезанию» всего, что ниже нуля. то есть примерно нижней половины колебаний — из-за того, что ОУ при однополярном включении не может выдавать отрицательного напряжения), а около половины напряжения питания. Такое же напряжение (постоянное) будет поддерживаться резистором R4 на неинвертирующем («плюсовом») входе. В итоге постоянное напряжение на обоих входах ОУ равно — это важно! Но на неинвертирующий вход подаётся сигнал, который и будет усиливаться, при номиналах указанных на рисунке — примерно в 60 раз. Теперь это уже можно посмотреть на любом осциллографе, или померять мультиметром амплитуду переменного напряжения. Но гораздо интереснее подключить сюда наушники или колонки. Через разделяющий конденсатор, конечно. У схемы есть одно приятное свойство — номиналы здесь совершенно несущественны! Можно брать практически любые, какие есть, но поддерживая хотя бы примерно их соотношение между собой. Кстати, самое сложное (если это слово вообще здесь уместно) — подобрать подходящий светодиод. Они, как оказалось, отличаются по параметрам: красный сильно шумел, а ультрафиолетовый вообще отказывался реагировать на свет. Можно поэспериментировать, и с номиналами тоже. Как должно быть видно на видео, в итоге можно услышать свет настольной лампы — это гул частотой 100Гц. ЭСЛ-ка «шумит» сильнее, чем галогенка из-за встроенного генератора высокой частоты. Но сильнее всего шумел китайский светодиодный фонарик, включенный в половинную мощность (есть у него такой режим). Эта самая половинная мощность реализуется с помощью ШИМ, простыми словами — за счёт мерцания с частотой порядка килогерца. Вот так, после того, как узнаешь — совершенно очевидно, а до этого сам бы не догадался, как это реализовано. Использование светодиода в качестве фотоприемника
Использование светодиода в качестве фотоприемника. В работе [1] авторами описан RGB-сенсор, использующий в качестве фотоприемников маломощные цветные светодиоды. Описанный сенсор успешно используется в лабораторной практике. Использование светодиода в роли фотоприемника: повышение чувствительности прибораНедостатком изготовленного сенсора является его относительно низкая чувствительность, что приводит к необходимости размещать сенсор в непосредственной близости от обьекта (1.2 метра). Поэтому появилась необходимость в разработке более чувствительного сенсора. Можно повышать чувствительность прибора за счет усиления в канале, что для усилителя постоянного тока крайне нежелательно.
На момент начала эксперимента мы располагали одно- и трехваттными noname светодиодами со следующими длинами волн: 385 нм, 425 нм, 440 нм, 470 нм, 490 нм, 520 нм, 540 нм, 560 нм, 600 нм, 630 нм и 660 нм. Светодиоды с длинами волн 490 нм (голубой) и 540 нм (желтый), к сожалению, не годились в качестве приемных фотоэлементов, поскольку по сути являлись синими свето излучающими диодами, кристаллы которых были покрыты люминофором, излучающим вторичные фотоны с нужной длиной волны. В качестве же излучателей они вполне хороши.
Самый первый эксперимент, где мы применили использование светодиода, принес вполне ожидаемые результаты. В Таблице 1 сравнивается чувствительность трех СД мощностью в 1 Вт. Сравниваемый параметр — выходное напряжение в мВ на нагрузке 1 МОм. Относительно низкий результат прироста чувствительности для желтого фотодиода объясняется, на наш взгляд, разной длиной волны фотопика. Ниже мы вернемся к проблеме желтого прибора.
Нас интересовала также возможность использования светодиода в качестве фотоприемника. В Таблице 2 приведены выходные напряжения инфракрасных LED-элементов, включенных в режиме фото-приемника. Сравниваемый параметр — выходное напряжение в мВ на нагрузке 1 МОм. Все СД испытывались в идентичных условиях, т.е. ток излучателя, расстояние между излучателем и приемником и их взаимное положение было одинаковым. Для сравнения: в этом же режиме испытывался фотодиод BPW34, имеющий площадь кристалла 7.5 мм2 и максимум на длине волны 940 нм, и два 940-нм фототранзистора, включенных по схеме с общим коллектором и резистором нагрузки 10 кОм. Для проверки спектральной чувствительности был сконструирован специальный стенд, для повторяемости результатов оформленный как отдельный корпусный прибор. В качестве узкоспектральных излучателей использовались LED-элементы с известной длиной волны, перечисленные выше.
Световой поток каждого светодиода был приведен в соответствие с калибровочной кривой, в качестве которой использовался график спектральной чувствительности интегрального светосинхронизатора на чипе ОРТ101. Описание испытательного стенда выходит за рамки статьи и приводится в конце статьи в виде видеофайла.
Изучалась спектральная чувствительность красной группы светодиодов (660 нм, 630 нм, 620 нм) для использования в качестве фото-приемника красной части спектра, оранжево-желтой группы LED-приборов (580 нм и 560 нм) для использования в зеленой части спектра и зеленого LED-элемента (520 нм) для использования светодиода в синей части спектра. Первые полученные результаты не вселили особого оптимизма. Красный спектр «расплылся» в область оранжевого, к которому, кстати, стремились и фотоэлементы на базе светоизлучающих диодов с длинами волн 580 и 560 нм. Зеленый LED-прибор имел наибольшую чувствительность в ультрафиолетовой (385 нм) части спектра. Это ограничивало применение LED-элементов большой мощности в качестве RGB-сенсоров, где требуется достаточно четкое разделение R, G и В компонент. Особое огорчение вызвало отсутствие 540-нм светодиода с открытым кристаллом, который должен был служить фотоприемником зеленой части спектра. Тщательные поиски на просторах Интернета показали, что такие светоизлучающие диоды отсутствуют как класс. Поскольку сама по себе работа мощного светодиода в качестве селективного фото-приемника нас уже не удивила, мы начали искать возможность как-то обойти возникшие ограничения. После небольшого брейнсторминга мы пришли к выводу, что цветные корпуса маломощных LED-элементов способствуют более четкому разделению частей спектра, работая как светофильтры. Таким образом, нам надо было подобрать вспомогательные светофильтры, которые эффективно разделили бы части спектра. Разумеется, мы понимали, что применение светофильтров снизит чувствительность приемных фотоприборов. Поэтому мы необходимо применили цветные фильтры: для красного светодиода -красный фильтр с длиной волны около 630 нм, и зелено-синий фильтр 500 нм для янтарного (560 нм) и зеленого (520 нм) светодиодов. Сине-зеленый фильтр эффективно подавил оранжевую составляющую для янтарного LED, а для зеленого — частично уменьшил чувствительность для света с длиной волны меньше 460 нм.
На Рисунке 1 представлен результирующий спектр принимаемых длин волн для красного, янтарного и зеленого светодиодов с соответствующими фильтрами. Плавные изгибы кривых — результат моделирования, так как из за малого количества опорных точек график имел бы странный вид. Точки, в которых были произведены измерения, отчетливо видны на графиках.
Теория и практика применения использования фотодиодов и трансимпедансных усилителей прекрасно описана в работе [2], поэтому отсылаем заинтересованного читателя к этой работе. Здесь мы говорим только о простых практических примерах использования светодиодов в качестве фото-приемников. Ниже приведены две практические схемы, имеющие различное включение и использование светодиода в качестве фотоприемника. В схемах используется бюджетный усилитель LM358. В первой схеме, изображенной на Рисунке 2а, фотоприемник работает в качестве генератора напряжения. Схема обладает высокой чувствительностью, малыми собственными шумами, плохими частотными свойствами и нелинейной зависимостью выходного напряжения от светового потока. Во второй схеме, изображенной на Рисунке 26, фотоприемник работает в режиме генератора тока. Эта схема имеет высокую линейность и лучшие частотные свойства. Резистор R2 и конденсатор С1 предотвращают самовозбуждение и оптимизируют передаточную характеристику в области высоких частот. При продуманном монтаже эта цепочка может отсутствовать. Выходной сигнал этой схемы представлен на Рисунке 3.
Какое может быть возможное использование мощного светодиода в качестве фотоприемника? Здесь мы можем говорить, только о тех применениях, которые внедрены нами в практику или прошли экспериментальную проверку. Первый пример. После замены маломощных светодиодов в RGB-сенсоре [1] на мощные светодиоды, его чувствительность возросла более чем в пять раз. Второй пример. Использование в качестве приемопередатчиков низкочастотного телеметрического сигнала в условиях, когда проводное и радио соединения невозможны. Поскольку светодиод принципиально может совмещать функцию излучателя с функцией фотоприемника, это позволяет резко упростить конструкцию оптического узла такого приемопередатчика.
Чтобы не перегружать статью сложной схемой контроллера приема-передачи, мы специально для данной статьи собрали простейший испытательный стенд для демонстрации этих возможностей (Рисунок 4). Все несущественные детали и номиналы элементов, не участвующих в описании работы макета, опущены. Усилитель идентичен изображенному на Рисунке 2а. Рассмотрим работу макета.Генератор тактовых импульсов имеет противофазные выходы, единичный сигнал на которых поочередно инициирует имитаторы сигналов приема и передачи, каждый из которых генерирует пачку из четырех импульсов. Сигнал с выхода имитатора передачи инвертируется и усиливается по току транзистором VT1, затем возбуждает светодиод VD2. Управляющий сигнал, инициирующий имитатор передачи, поступает на вход КМОП инвертора с открытым стоком CD40107, выходной транзистор которого, открываясь, шунтирует вход операционного усилителя А1, препятствуя проникновению на вход А1 мощного сигнала передачи. После окончания цикла передачи вход А1 разблокируется и он переходит в режим приема. Имитатор сигнала приема возбуждает светодиод VD1, вспышки которого имитируют удаленный источник. Ток через этот светодиод регулируется резистором R1. Ввиду того, что моделируется именно удаленный источник, импульсный ток через светодиод очень мал и составлял в нашем случае 0.1 -2.5мА. R2 минимизирует сквозной ток в процессе отладки. Он незначительно влияет на частотную характеристику схемы, поэтому в действующем образце он сохранен.
В макете использовались два светодиода мощностью в 1 Вт с длиной волны 630 нм. Светодиоды разделяла металлическая трубка-экран длиной 120 мм. На Рисунке 5 изображены осциллограммы, демонстрирующие работу макета в режимах минимального и максимального входного сигнала. Длительность информационного импульса ограничивается частотными свойствами светодиода-фотоэлемента. На Рисунке 6 показан опытный образец двухканального Приемопередатчика, прошедший испытания на объекте. Для наглядности светозащитные тубусы сняты. В Приемопередатчике используются спектрально далекие красный и синий цвета, что исключает применение корректирующих фильтров, снижающих чувствительность. Угол излучения/приема равен 15 градусов.
Третий пример. Мощный инфракрасный (940 нм) светодиод использован в качестве приемника в оптическом локаторе (Рисунок 9 в [3]). Часть схемы, установленная в тубусе фотоприемника, заменена схемой на ОУ, изображенной на Рисунке 26. Приемный светодиод установлен в объектив без предварительной юстировки, аналогично передающему светодиоду (Рисунок 4 в [4]). Полученный результат является рекордным для объектива с углом 10 градусов. Человек ростом 160 см в темно-серой зимней одежде уверенно обнаруживался на расстоянии 21 м. Площадь светового пятна, создаваемого 10-градусным локатором на таком расстоянии составляет около 7.5 м 2 Отражающая площадь «мишени» составляет 1.6х0.45 м = 0.72 м 2 , то есть более чем в 10 раз меньше площади светового пятна. Рассматриваемый пример является предельным случаем, поскольку, как показано в [4], оптимальное расстояние для использования 10-градусного локатора составляет 10 метров и менее. ЗаключениеВ статье рассмотрены вопросы применения мощных светодиодов в качестве селективных фотоприемников и приведены три практических примера использования этого свойства. В приложении рассматривается конструкция прибора для снятия характеристик спектральной чувствительности фотоприемников.
Прибор для изучения спектральных характеристик фотоприемниковИспользуем светодиод как фотосенсор, схема усилителя для фотодиода на ОУ.У меня уже давно копошилась идейка опробовать светодиод в качестве фотосенсора — это ведь тот же полупроводниковый диод, в котором разработчиками приложены все усилия, чтобы максимум света от p-n перехода попадало наружу, а следовательно — и в обратном направлении. А тут товарищу срочно понадобилось отчитаться по продвижению проекта фурье-спектрометра. Ему там надо усиливать и оцифровывать сигнал с фотоприёмника. Конечно, у этих физиков всегда всё очень специальное: и фотосенсор у них там на особую длину волны, и облучателем — лазер. В качестве усилителя они желали иметь только самые наиточнейшие ОУ, да ещё и в схеме с автокалибровкой нуля. Но для первого «кукареку» товарищу сгодился бы самый простенький макет фотоприёмника — чтобы было что подать на вход АЦП. Вобщем это был для меня идеальный повод опробовать разные сочетания светодиодов в купе с классической схемой усиления тока фотодиода на недорогом операционном усилителе со входами на полевых транзисторах с p-n переходом. Выбор ОУЗнакомьтесь: TL072 от TI ( datasheet ). Этот ОУ долгое время был исключительно популярен, на ряду с NE5532/5534, среди строителей полупроводниковой аудио-аппаратуры. Для своего времени это была действительно передовая технология, сочетавшая низкое потребление, ничтожные входные токи и завидно низкий уровень шумов с относительно невысоким уровнем искажений. Скажу честно, меня ОУ в звуке как-то вообще не возбуждают, ну да мы сейчас не об этом. Сегодня на рынке доступны и более точные, и менее шумные, и существенно меньше искажающие микросхемы операционных усилителей. Но у всех у них есть один серьёзный недостаток по сравнению с TL072 — существенно бОльшая цена. А если внимательно рассмотреть заявленные параметры для дорогущих собратьев и сравнить с тем, на что способна легенда операционных усилителей TL072, то сразу встаёт вопрос: «а стоит ли переплачивать?» Для сравнения возьмём пусть и не самый-самый современный, но уже весьма недешевый ОУ от тех же TI OPA129 ( datasheet ).
Ну да, TL072 чуточку похуже будет. но зато он во много раз дешевле на сегодня! Выбор сделан. Вот, собственно, схема усилителя фототока: Значение R будем подбирать в зависимости от условий. Фильтры по питанию здесь, возможно, не столь необходимы, но для точных измерений и/или шумных и слабых сигналов — всегда хороши. Первый блин — красный-красныйПервым делом я взял два одинаковых красных светодиода на 1.7В, повышенной яркости. Поставил их нос к носу. Излучатель запитал от своего простенького тестового генератора прямоугольных сигналов. Ток через излучатель был порядка 15мА. Сигнал получился очень слабенький. Чтобы разглядеть что-либо дельное на осциллографе пришлось срочно заземлять основание макетки и скручивать сигнальные проводки. Значение R было равно 4.7МОм, чтобы хоть что-нибудь можно было увидеть на выходе, что в результате гарантировало очень много шума и много наводок Такое я не мог предложить ещё не слишком опытному в электронике товарищу в качестве материала для успешного доклада. Сладкая парочкаНастоящее чудо случилось, когда я заменил красный излучающий светодиод на нестерпимо яркий зелёный на 3 вольта: размах сигнала увеличился в 100 раз! Такое уже было легко усиливать и нестыдно показывать. Потом я опробовал ещё несколько различных комбинаций светодиод-излучатель / светодиод-фотоприёмник. ИК пары как-то не впечатлили — все варианты, что были у меня в наличии оказались много хуже зелёно-красной сладкой парочки. Белые и синие светодиоды в качестве излучателей тоже явно проигрывали зелёному в сочетании с любыми из имеющихся у меня кандидатов в фотоприёмники. Зато вот оранжевый светодиод на 1.7В повышенной яркости выдал аж втрое больший сигнал, будучи освеченным тем же зелёненьким, что и в первом успешном опыте. Вот как выглядел сигнал на экране осцила, R=91КОм: РазгоняемсяДалее решено было прицениться к частотным свойствам данного устройства. Под нагрузкой мой генератор выдал чуть больше 80КГц. Фронты уже заметно завалены. Видны выбросы перерегулирования от петли отрицательной обратной связи. Но всё ещё красивый сигнал, вполне годный для определённого круга приложений. Рецепт успехаЕсли Вам по какой-либо причине понадобилась опто-пара с открытым каналом, а готового фирменного устройства под рукой не оказалось — весьма рекомендую воспользоваться моим только что проверенным рецептом:
Будьте щедрыми!Если Вам эта тема показалась интересной — буду рад комментариям, вопросам, советам. Подумайте о своих друзьях: может, кому-нибудь из вашего круга в соц-сети эта статья поможет в написании курсовой или продвижении домашнего проекта по робото-строению? Поделитесь ссылкой прямо сейчас! Для любых предложений по сайту: [email protected] |