Фотодиод почти без мВ на аналоговом порту

Отсутствует спецификация точности.
Как указывали другие, ток утечки вашего входного контакта Arduino, вероятно, ограничивает точность, особенно для измерений при слабом освещении. Ток утечки фотодиода, вероятно, меньше, чем у Arduino, но также влияет на точность при слабом освещении. На токи утечки сильно влияет температура.

Если вы используете аналого-цифровой преобразователь, увеличьте токочувствительный резистор до большого значения, чтобы улучшить чувствительность, но имейте в виду, что резисторы с большим номиналом, хотя сами по себе довольно устойчивы к температуре, делают токи утечки, изменяющиеся в зависимости от температуры, влияют на точность измерения. большей степени.
Если вас интересуют только изменения уровня освещенности , то в первом приближении вы можете откалибровать смещения, вызванные утечкой, взяв эталонное показание при нулевом освещении в качестве сохраненного эталона и измерив изменения уровня освещенности с этой точки. Изменение температуры может потребовать нового эталонного показания.

Учитывайте также максимальный уровень освещенности, который вы ожидаете. Это установит максимальное значение резистора измерения тока ... когда напряжение на резисторе приближается к + 5 В, напряжение диода уменьшается - ваше обнаруженное напряжение больше не пропорционально интенсивности света.

Требование к обнаружению в очень широком диапазоне (как при слабом, так и при ярком освещении) может предполагать включение различных номиналов токоизмерительных резисторов. Дополнительный контакт ввода-вывода можно запрограммировать на низкий логический уровень или на состояние с высоким импедансом, когда подключенный к нему резистор отключен. Но теперь утечка происходит из двух контактов ввода-вывода :

^{смоделируйте эту схему — схема, созданная с помощью CircuitLab}
. В этой схеме высокая чувствительность достигается за счет программирования контакта ввода-вывода с высоким импедансом, так что R2 (100 кОм) не подключен. R1 (10 МОм) — активный токоизмерительный резистор. Однако ток утечки вывода ввода-вывода R2 все еще влияет на точность.
Чтобы уменьшить чувствительность в условиях яркого освещения, вывод ввода-вывода устанавливается на активный логический низкий уровень. Теперь у вас есть 10Meg параллельно с 100K в качестве токоизмерительного резистора.

У вас есть таблица данных, которая ссылается на две разные версии с разными ответами, тем не менее расчеты обратного конверта...

Ваш фотодиод (данные ссылаются на два) имеет типичный Isc 6,3 мкА или 13 мкА при 100 люкс. 6,3 мкА * 40 К = 252 мВ, 13 мкА * 40 К = 520 мВ.
Так что ничего особенного в этом нет...

При этом не учитывается спектр вашего источника света, который изменит эти значения (см. кривую спектральной характеристики).

Если вам нужны более высокие напряжения, вам понадобится некоторое усиление (много информации о «фотодиодном усилителе»), чтобы начать работу.

Как указано в другом ответе, конфигурация, которую вы имеете, будет насыщать (отсутствие напряжения на диоде) и вызывать нелинейность в полном масштабе.
Вы вообще не описываете свое приложение (диапазон светлых значений), поэтому трудно угадать ответ.

Например, предположим, что вы собираетесь проводить измерения в диапазоне 1–10 000 люкс ( диапазоны/сценарии см. здесь ). При максимальном уровне люкс вы ожидаете, что S1223 пропустит около 6,3 мА при полной шкале. Вы хотите, чтобы эта полная шкала была либо 5 В, либо 3,3 В, в зависимости от используемого вами Arduino. Вы должны быть в состоянии отрегулировать настройку полной шкалы (калибровку), но ограничены разрешением аналого-цифрового преобразователя для нижнего конца шкалы (около 6 мкА/младший бит). Здесь вы также сталкиваетесь с токами утечки для аналогово-цифрового входа, которые могут доминировать в показаниях на очень низком уровне.

Вы также должны убедиться, что на фотодиоде есть разумное напряжение, чтобы предотвратить нелинейность, поэтому питание диода от того же источника, что и ваш MCU, не будет работать должным образом.

Предполагая, что вы управляете Arduino с помощью Vin, а не с уровня MCU VCC, вы можете сделать следующее:

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

Предполагая, что Arduino 5 В и Vin 9 В или выше, вышеизложенное гарантирует, что вы не превысите напряжение аналого-цифрового преобразования, но всегда будете иметь не менее 4 В на фотодиоде.

Это довольно просто.

Ваш цифровой мультиметр имеет входное сопротивление 10 МОм, которое шунтирует низкий ток в более высокое напряжение вместо 10 кОм. Поскольку 10 МОм на 1 кОм больше, чем 10 кОм, то и напряжение равно той же мощности P = VI.

В зависимости от вашего эксперимента и желаемого динамического диапазона напряжения измените значение R1, чтобы получить желаемое преобразование PD из I в V (коэффициент преобразования — это просто закон Ома V = IR). Возможно, больше подходит от 100k до 1M.

Panasonic производит недорогой 5-миллиметровый радиальный «датчик света», который сжимает диапазон с помощью логарифмической шкалы, поэтому > 4 декады входного света от почти темного до яркого солнца дают выходной сигнал 5 В с выбранным значением R для выбора оптимального диапазона входного света. .

Чувствительность S для кремния составляет 0,6 А/Вт при λ=λp со снижением чувствительности от ИК-излучения к синему. Это то же самое, что и 0,6 мкА/мкВт. Выходной ток зависит от площади поверхности ~ 5 x 5 мм, как у крошечного источника питания PV.

Рассмотрим 1 мкА, умноженный на R1 = 1 МОм * 1 мкА = 1 В на выходе. Это просто использует шунтирующий резистор для преобразования фотонных микроампер * R = микровольт.

Для защиты от перенапряжения аналоговые входы обычно защищены от электростатического разряда с помощью диодов, но ограничены среднеквадратичным значением 5 мА или около того, поэтому при ярком солнечном свете при 100 люкс можно ожидать, что ток короткого замыкания составит 13 мкА/100 люкс * 100 люкс = 13 мА.

Чтобы предотвратить его попадание во внутренний аналоговый порт, они используют шунтирующий диод для защиты от электростатического разряда для Vdd, но он рассчитан только на постоянный ток 5 мА или около того.

Вы можете решить эту проблему разными способами, чтобы предотвратить падение напряжения на катоде PD (0,7 В) от 5 В до Vin > 5 В или добавить входную серию R к аналоговому порту с шунта 1M на серию 10k.

«Шунт» означает параллельный или обходной.

Вы можете понять мои предложения?