¿Cuáles son los parámetros relevantes para un sensor de luz LED con polarización inversa?

Siguiendo esta nota (PDF) sobre el uso de fotodiodos, estoy conectando un LED IR como sensor y emisor de luz, configurado así:

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Para emitir luz, tiro PIN1alto y PIN2bajo; R2sirve como una resistencia limitadora de corriente. Para detectar la luz, tiro PIN2alto y me conecto PIN1a un ADC; U$1y R1forman un divisor de voltaje, y el voltaje encendido PIN1es proporcional a la cantidad de luz.

Lo que tengo curiosidad es el mejor valor R1y su relación con el voltaje de salida y el tiempo de respuesta. La nota proporciona una fórmula para calcular el tiempo de respuesta, pero deja los términos sin definir. El valor actual de 20M se basó en la experimentación con una placa de prueba; a este valor da resultados razonables entre 0 y 0,15 voltios para la luz reflejada de otro LED idéntico, y un poco más de 5V si apunto el LED emisor directamente al detector.

Me gustaría aumentar la sensibilidad a niveles bajos de luz, pero no sé cuánto puedo hacerlo de forma segura sin sacrificar el tiempo de respuesta. Mi componente objetivo tampoco es el mismo que estaba usando en la placa de prueba, y no sé qué parámetros del LED afectan el voltaje de salida. En una palabra:

  • ¿Cómo determino el tiempo de respuesta de este circuito en su configuración de detección?
  • ¿Cómo puedo determinar qué nivel de voltaje esperar en PIN1 con un valor dado de R1 y un nivel de luz dado?
Lo que dice Olin (como siempre :-) ). Esa es una nota de aplicación absolutamente excelente, gracias por señalarla. Como dice la nota de la aplicación, el tiempo de respuesta está relacionado con R y C_LED. Y C_LED está relacionado con el voltaje de polarización inversa _- Cd - vea la nota de la aplicación). Si puede REDUCIR el sesgo inverso, mejorará el tiempo de respuesta, probablemente a expensas de la sensibilidad, pero esto le brinda otro parámetro con el que jugar.
@Russell Lo que me desconcierta es la definición de C_LED: la mayoría de los términos están definidos, pero Ano están definidos en ninguna parte, y V_Drealmente nno tienen ninguna explicación para sus valores.
Asumiría (posiblemente incorrectamente) que A es una constante, es decir, es el potencial delta multiplicado por una constante dependiente del dispositivo. Dicen "n: 2-3", lo que supongo que significa que resta 1/3 a 1/2 del resultado. es decir, es empírico. También supongo que esto está en pF (ya que Farads parece un poco grande :-)). Se podría ubicar una versión más rigurosa de esa fórmula, pero el punto principal es que la capacitancia aumenta con el voltaje de polarización por encima de algún límite.
Link parece haber muerto, alguna posibilidad de editar en al menos el titulo del mismo?

Respuestas (2)

No hay buenas respuestas a estas preguntas porque los LED están destinados a emitir luz y, como tal, no se especifican los parámetros que necesita para responder a sus preguntas.

Un LED con polarización inversa como sensor de luz es una fuente de corriente proporcional al nivel de luz. Al ser una fuente de corriente, tiene una impedancia muy alta (una fuente de corriente perfecta tiene una impedancia infinita). El tiempo de respuesta es proporcional a la resistencia del nodo por la capacitancia. Dado que la capacitancia es parásita, es difícil de adivinar y dependerá mucho del LED en particular y del diseño. La resistencia es la resistencia deliberada R1 en paralelo con cualquier resistencia de fuga y siendo la resistencia del LED una fuente de corriente imperfecta. Aparte de R1, estos son nuevamente difíciles de adivinar. 20 MΩ es tan alto que las fugas pueden ser un factor importante. Incluso la suciedad en la placa y la humedad ambiental importan con esa impedancia.

En cuanto a cómo determinar el voltaje, eso nuevamente debe hacerse experimentalmente. A menos que tenga un LED inusual que también esté destinado a la operación inversa, no obtendrá una especificación. Pruebe algunos y deje mucho espacio para la variación del dispositivo.

Usaría una resistencia considerablemente más baja con algo de amplificación. La resistencia más baja disminuirá el tiempo de respuesta y hará que las cosas sean más predecibles al hacer que la resistencia de fuga sea lo suficientemente pequeña en comparación con no importar. Actualmente obtiene salidas de 150 mV a 5 V con 20 MΩ. En cambio, con 2 MΩ, esos voltajes serán de 15 mV a 500 mV, que aún es lo suficientemente grande para que muchos amplificadores operacionales amplifiquen de manera confiable y debería ser lo suficientemente bajo como para ignorar las fugas. Todavía puede ser demasiado lento, en cuyo caso puede usar una resistencia más baja aún con una mejor amplificación.

Otro punto es que si su suministro es lo suficientemente grande como para obtener 5 V en R1, es posible que esté aplicando demasiado voltaje inverso al LED en condiciones de poca luz. Verifique la hoja de datos del LED (esto generalmente se especifica) y asegúrese de no exceder el límite de voltaje inverso. Una resistencia más baja le permitirá usar un voltaje de polarización inversa más bajo.

Gracias. Solo lo estoy polarizando a la inversa a 5v, que está dentro del máximo absoluto en la hoja de datos. Parece que la única forma en que voy a determinar esto es mediante la experimentación. ¿Es la resistencia de fuga la fuente de lo que la nota técnica describe como "corriente oscura"?
@Nick: como dije, el LED en reversa se parece principalmente a una fuente de corriente proporcional a la luz. No es tanto una resistencia de fuga como una corriente de fuga dependiente de la luz . La corriente oscura es la corriente de fuga inversa del LED sin luz. Puede pensar en eso como la compensación de CC cuando se usa en una aplicación de medición de luz.

Los LED tienen capacitancia inversa y esto es un problema real para algunas aplicaciones. Determiné experimentalmente que la capacitancia inversa en algunos diodos azules (especialmente en los paneles frontales de UPS) puede ser tan alta como 300pF y muy dependiente del voltaje, por lo que pueden usarse como varicaps si están protegidos contra la luz. Esto puede ser una fuente de interferencia si provoca inestabilidad en el regulador o en la etapa de salida.

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