Características del LED y del fotodiodo a corrientes muy bajas

Estoy tratando de comprender la característica acoplada de un optoacoplador 4n35 clásico, utilizado en el modo de fotodiodo con polarización inversa (solo estoy usando la unión BC).

Más de 1 mA de voltaje directo de entrada, la característica es muy lineal, lo cual es de esperar ya que

  • la salida de luz led es proporcional a la corriente,
  • la fotocorriente del fotodiodo es proporcional a la entrada de fotones.

Sin embargo, con una corriente directa de entrada de ~ 1 mA, medí la siguiente característica acoplada:

Característica de transferencia de corrientecircuito de prueba

Notas de medición: las corrientes se miden como el voltaje en los puntos dados, dividido por el valor de resistencia correspondiente. El voltaje lo mide un arduino que también proporciona el PWM. Varío si a través del ciclo de trabajo PWM. Espero unos 100 ms antes de medir un nuevo punto de datos para que el circuito ADC S&H se estabilice; y aumenté la frecuencia de PWM para que la ondulación sea más o menos insignificante.

Obviamente, la característica ya no es lineal. ¿Cuál es la razón de este comportamiento?

Pensé que eso podría provenir del lado del diodo o del fotodiodo:

  • En el lado del LED, el voltaje directo del LED de entrada colapsa con una corriente baja. Eso puede implicar que la energía de los portadores de carga no es suficiente para emitir un fotón; sin embargo, según tengo entendido, la energía del fotón proviene de la energía del electrón + el agujero, no de la caída de voltaje directo. ¿O me equivoco?

  • Ahora para el lado del fotodiodo. En niveles de fotocorriente que se desvanecen, esperaría que la corriente oscura sea significativa. Sin embargo, esta corriente oscura debe sumarse a la fotocorriente, de modo que sin ninguna entrada, la corriente de polarización inversa del diodo no sea cero. Por lo tanto, debemos observar una línea recta con un desplazamiento positivo. Esto no es lo que puedo ver aquí: parece que hay una fotocorriente más una corriente negativa que se desvanece cuando algo de luz incide en la unión.

Desafortunadamente, la mayoría de la información que encontré en la web sobre LED u optoacopladores asume niveles actuales mucho más altos que eso. OTOH, la información sobre la corriente oscura es abundante, pero no parece aplicarse aquí.

Podría ayudarnos saber cómo mediste las dos corrientes. También podría ser interesante rehacer su trama en una escala logarítmica.
En los viejos tiempos, los LED visibles solían exhibir tal efecto. ¿Es el 4N35 una marca confiable como Toshiba o algo menos?
Es una buena pregunta, pero es un problema técnico en el gráfico de aproximadamente 0,5 mA (yo F )?
Otra pregunta, ¿qué pasa si conectas el detector como un fototransistor? Simplemente conecte el emisor a la base y deje el resto del circuito solo.
@ThePhoton: Probaré la escala log-log tan pronto como pueda. Cuando se usa como fototransistor, la curva es más o menos parabólica (cerca de If^1.8) sin ningún dominio lineal (como se esperaba)
@Spehro Pefhany: El 4n35 es de LiteOn IIRC; No sé si ese es un fabricante confiable? ..
@Andy alias: También noté la falla y no sé de dónde viene. Hice la medición por segunda vez y todavía estaba allí. Tal vez alguna ondulación sobrante...
Yo diría segundo nivel. Puede ser interesante comparar con uno de Toshiba o Sharp.

Respuestas (1)

Puedo hacer un par de conjeturas sobre lo que podría estar pasando.

  1. En realidad, no está midiendo la corriente del LED, sino que está asumiendo I L mi D = ( V i norte − V F ) / 220 y suponiendo V F es una constante Usted está operando en un régimen donde V F variará significativamente (cientos de mV), y descuidar esto explicaría (cualitativamente, de todos modos) la forma de su gráfico.

  2. El LED tiene algún camino conductor parásito a través de él que no causa emisión de luz. Para corrientes bajas, este camino toma más corriente y da como resultado emisiones de luz reducidas hasta que se alcanza cierto umbral y el camino correcto comienza a dominar.

  3. A corrientes muy bajas, el patrón de emisión óptica del LED cambia, lo que hace que llegue menos luz al detector y más se pierda en el paquete.

  4. La forma en que está conectando el detector está provocando un comportamiento extraño. Conectar la base pero no el emisor no es una forma común de usar un fototransistor (AFAIK), y no es para lo que los diseñadores de dispositivos estarían diseñando. Los circuitos de fototransistor típicos se muestran en una nota de aplicación de Sharp que comienza en la página 13.

Estoy realmente interesado: ¿cómo esperaría que se vea el gráfico dado un impulso de corriente variable en el LED y una polarización adecuada (o tal vez no?) Del fototransistor. Esta no es una pregunta capciosa. Estoy realmente interesado amigo. ¿Sería lineal (dentro de lo razonable)?
Dada una fuente de corriente ideal en el LED y un fotodiodo de 2 terminales en lugar de un fototransistor, la respuesta debería ser muy lineal hasta picoamperios de corriente LED (mi tercer punto en la respuesta sería la principal fuente de no linealidad). No trabajo mucho con fototransistores, así que no estoy seguro de si hay problemas con ellos (¿tal vez caminos parásitos?).
Quiero decir que te llaman el tipo fotón, así que tenías que saberlo. Tu punto 3 es muy interesante.
De hecho, mido las corrientes. En realidad, el uso de un optoacoplador de esta manera no pasa desapercibido, la respuesta de tiempo es mucho más rápida (¡suponiendo que no pierda ese ancho de banda para la amplificación, por supuesto!) y se supone que la respuesta es altamente lineal (por ejemplo, Motorola AN571A, p4 ) . Sin embargo, la característica de esa nota de la aplicación no va muy lejos de las corrientes pequeñas.
¡Tus puntos 2 y 3 son muy interesantes! ¿Sabes por qué el patrón óptico del diodo cambiaría con la corriente?
Su punto 2 podría ser de hecho la clave, si es resistivo, sería un desplazamiento mayormente constante en la curva, pero desaparecería cuando Vf caiga.
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