Фотодиод и Arduino для измерения скорости снаряда

Вам необходимо определить, хотите ли вы, чтобы ваш детектор работал в фотогальваническом или фотопроводящем режиме. Если первое, просто избавьтесь от R1 и измените свой PD.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Если второе, поменяйте местами R1 и PD, вот так

^{смоделируйте эту схему}

Теоретически фотопроводимость быстрее, чем фотогальваника, поскольку 5 вольт будут действовать как напряжение смещения на ФД, уменьшая емкость ФД. Тем не менее, большой 1M в сочетании с входной емкостью операционного усилителя действует как фильтр нижних частот, и без значения емкости в техническом описании операционного усилителя и без технического описания PD я понятия не имею, какой эффект будет преобладать.

Попытка получить выходное напряжение с фотодиода сталкивается с проблемой очень высокого импеданса, который затем формирует фильтр нижних частот с неизбежной паразитной емкостью. Вот почему фотодиоды часто используются с трансимпедансным усилителем. Он определяет ток, создаваемый фотодиодом в режиме фотоэлемента, когда он удерживается накоротко. Затем трансимпедансный усилитель преобразует его в сигнал напряжения. Вот пример:

Во-первых, обратите внимание на использование операционного усилителя с более высокой пропускной способностью. Используемый вами MCP600x здесь не подходит.

Фотодиод работает в режиме фотоэлемента, но выходным сигналом является ток короткого замыкания, а не напряжение холостого хода. Из-за обратной связи вокруг операционного усилителя катод диода будет удерживаться под потенциалом земли. Свет, падающий на диод, вызовет протекание некоторого тока через его катод и выход из анода. Этот ток протекает через резистор R1. Поскольку левый конец R1 удерживается на уровне 0 В, на правом конце будет напряжение, пропорциональное току диода.

Это так называемый трансимпедансный усилитель. Он принимает сигнал тока в качестве входа и выдает сигнал напряжения в качестве выхода. Таким образом, усиление представляет собой напряжение/ток, выраженное в единицах сопротивления.

В этой схеме усиление напрямую связано с сопротивлением R1. В этом примере усиление составляет 100 кОм, что означает, что на каждые 10 мкА входного сигнала будет 1 В на выходе. Я просто выбрал произвольное число. Правильный коэффициент усиления зависит от фотодиода и максимальной освещенности, которой он подвергается при нормальной работе. Вы хотите, чтобы максимальный свет приводил к максимальному выходу операционного усилителя.

Затем за этой базовой стадией трансимпеданса должна следовать связь по переменному току, возможно, большее усиление и какое-то пороговое обнаружение, чтобы превратить его в цифровой сигнал.

Поскольку в падающем луче излучателя будет намного больше мощности, чем в его отражении, я думаю, вам повезет больше, если вы сконфигурируете свои датчики как детекторы обрыва луча и защитите фотодиоды от окружающего освещения.

Основная проблема с вашей схемой (если вы хотите, чтобы она работала как компаратор и подавала на Arduino +5 или 0 В) заключается в том, что вы используете неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 11 с его неинвертирующим (+ ) вход подключен к плюсовой шине через 1 МОм, поэтому его выходу ничего не остается, кроме как к шине.

Если вы хотите использовать его как компаратор, вы должны отключить R3 от выхода операционного усилителя, подключить его к +5 В и выбрать R2 и R3, чтобы напряжение на их соединении было таким же, как напряжение, поступающее от D1, когда вы хотите, чтобы операционный усилитель выход для переключения.

Фотодиод смещен в обратном направлении, поэтому его импеданс по отношению к земле практически бесконечен, поэтому вход + операционного усилителя подключен к положительной шине через R1.

Однако, когда фотодиод достаточно хорошо освещен, он перейдет в фотогальванический режим и будет генерировать собственное напряжение, а вход + операционного усилителя будет поступать на любое напряжение, которое выиграет ток через R1.