Fotodiodo y Arduino para medir la velocidad de un proyectil

Debe determinar si desea que su detector funcione en modo fotovoltaico o fotoconductor. Si es lo primero, simplemente deshágase de R1 y revierta su PD.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si es lo último, invierta la posición de R1 y el PD, así

^{simular este circuito}

En teoría, la fotoconductiva es más rápida que la fotovoltaica, ya que los 5 voltios actuarán como un voltaje de polarización en la PD, reduciendo la capacitancia de la PD. Sin embargo, el 1M grande combinado con la capacitancia de entrada del amplificador operacional actúa como un filtro de paso bajo, y sin una cifra de capacitancia en la hoja de datos del amplificador operacional, y sin una hoja de datos para el PD, no tengo idea de qué efecto dominará.

Intentar obtener una salida de voltaje del fotodiodo se encuentra con el problema de que la impedancia es muy alta, lo que luego forma un filtro de paso bajo con la inevitable capacitancia parásita. Esta es la razón por la que los fotodiodos se utilizan a menudo con un amplificador de transimpedancia. Detecta la corriente producida por el fotodiodo en modo fotocélula mientras se mantiene en cortocircuito. El amplificador de transimpedancia luego convierte eso en una señal de voltaje. Aquí hay un ejemplo:

Primero, tenga en cuenta el uso de un opamp con mayor ancho de banda. El MCP600x que está utilizando no es apropiado aquí.

El fotodiodo funciona en modo de fotocélula, pero la salida es la corriente de cortocircuito, no el voltaje de circuito abierto. Debido a la retroalimentación alrededor del amplificador operacional, el cátodo del diodo se mantendrá en el potencial de tierra. La luz que brilla sobre el diodo hará que fluya algo de corriente en su cátodo y salga por su ánodo. Esta corriente fluye a través de R1. Dado que el extremo izquierdo de R1 se mantiene a 0 V, el extremo derecho tendrá un voltaje proporcional a la corriente del diodo.

Esto es lo que se llama un amplificador de transimpedancia . Toma una señal de corriente como entrada y produce una señal de voltaje como salida. Por lo tanto, la ganancia es voltaje/corriente, que está en unidades de resistencia.

En este circuito, la ganancia es directamente la resistencia de R1. En este ejemplo, la ganancia es de 100 kΩ, lo que significa que habrá una salida de 1 V por cada 10 µA de entrada. Acabo de elegir un número arbitrario. La ganancia correcta depende del fotodiodo y de la luz más alta a la que estará sujeto en funcionamiento normal. Desea que esa luz máxima resulte en la salida máxima de opamp.

Esta etapa de transimpedancia básica deberá ser seguida por un acoplamiento de CA, posiblemente más ganancia y algún tipo de detección de umbral para convertirla en una señal digital.

Dado que habrá mucha más potencia en el haz incidente del emisor que en su reflexión, creo que tendrá mucha más suerte si configura sus sensores como detectores de rotura de haz y protege los fotodiodos de la iluminación ambiental.

El problema básico con su circuito (si desea que funcione como un comparador y proporcione +5 o 0V al Arduino) es que está ejecutando un amplificador no inversor con una ganancia de 11 con su no inversor (+ ) entrada conectada al riel positivo a través de 1 megaohmio, por lo que su salida no tendrá más remedio que riel.

Si desea ejecutarlo como un comparador, debe desconectar R3 de la salida del opamp, conectarlo a +5 V y seleccionar R2 y R3 para que el voltaje en su unión sea el mismo que el voltaje proveniente de D1 cuando desee el opamp. salida para cambiar.

El fotodiodo tiene polarización inversa, por lo que es esencialmente una impedancia infinita a tierra, dejando la entrada + del opamp conectada al riel positivo a través de R1.

Sin embargo, cuando el fotodiodo esté lo suficientemente bien iluminado, entrará en modo fotovoltaico y generará un voltaje propio, y la entrada + del opamp irá a cualquier voltaje que gane la pelea actual a través de R1.