He estado tratando de hacer un proyecto de muy bajo nivel de luz a mí mismo los últimos 2 días con fotodiodos y fototransistores. Esto es para la gente como yo y el cartel original que está empujando la detección de luz sin un fotomultiplicador al límite (por debajo de 0,1 mW/cm^2).
Miré el primer módulo receptor y su detección mínima de irradiación era de 0,2 mW/m^2, que es unas 10.000 veces más (menos capaz) que lo que pueden hacer los fotodiodos y fototransistores discretos (¿quizá querían decir cm^2 en lugar de m^2?). Ninguno de los dos es bueno para niveles de luz realmente bajos según "Art of Electronics" (1 uA por uW de luz página 996), totalmente incapaz de acercarse a lo que el ojo humano puede hacer debido a la corriente de fuga y al ruido. Describe el uso de fotomultiplicadores que puede ser necesario si sus niveles de luz son demasiado bajos. Sin embargo, al pasar la luz por mis dedos en una habitación bien iluminada, soy capaz de ver lo que mi ojo no puede detectar en un osciloscopio (con FotoDiodo o FotoTransistor).
Suponiendo que su 1 uA por uW sea correcto, he aquí un ejemplo: los fotodiodos y fototransistores de 5 mm tienen una superficie de 20 micro m^2. Así que 1 uW/m^2 (1/1000 de la luz solar del mediodía) generaría 20 uA (según Art of Electr) . [[ 1/1000 de la luz solar del mediodía es 1 W/m^2 que es aproximadamente el doble de fuerte que una luz incadescente de 20W a 1 metro (6W de salida de luz en 12 m^2 de superficie de una esfera circundante). ]]
Sin embargo, la hoja de datos de mi fototransistor de 880nm indica 600 uA a 1W/m^2 (0,1 mW/cm^2), lo que supone 30 veces más. Esto supone que toda la luz está dentro del rango activo de la unión del diodo.
Sharp tiene una nota de aplicación mucho mejor, pero parece que le falta explicar qué diseño es mejor para qué situaciones. La figura 13 es la más aplicable a lo que el cartel original y yo necesitamos, y la figura 10B es muy interesante, pero no sé lo que quieren decir con "mejora la respuesta". http://physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf
Cuando se utiliza con un amplificador óptico, un fototransistor puede no ser capaz de obtener una ganancia tan buena como un fotodiodo para niveles de luz muy bajos porque utiliza un método "barato" para obtener su ganancia inicial (transistor en lugar de amplificador óptico). Sospecho que un fotodiodo con un amplificador operacional JFET (corriente de entrada muy baja) proporcionaría en última instancia una mayor ganancia con menos ruido. En cualquier caso, el fotodiodo o fototransistor con la mayor área de recepción óptica podría tener la mejor capacidad para detectar niveles bajos de luz, pero eso también podría aumentar el ruido y las fugas en una cantidad proporcional y suelen ser el problema subyacente. Así que hay un límite para este tipo de detección de luz y lo ideal es que los fototransistores y los fotodiodos sean igualmente buenos cuando se usan con un amplificador óptico, pero teóricamente sospecho que el fotodiodo es un poco mejor. Será el diseño del amplificador óptico lo que importa y creo que la figura 13 con un amplificador óptico JFET y un condensador de derivación bien elegido a través de la retroalimentación será lo mejor para el fototransistor.
Para el amplificador óptico de doble alimentación, puedes utilizar un par de resistencias de valor "bajo" (dos de 1k para Vcc de 10V para obtener una polarización de 5 mA) para dividir la tensión y crear una falsa tierra para el +Vin.
Encontré que R=1M para la resistencia de retroalimentación es mucho mejor que R=4.7M. Forrest Mimms en su libro simple opto utilizó un 10 M con un paralelo 0.002uF y una célula solar en lugar de un fototransistor o fotodiodo para los niveles de luz "extremamente" bajos" (tal vez una célula solar sería mejor para su aplicación) Parece que todas las uniones PN parecen operar como una célula solar en cierta medida, como he leído de usar diodos de señal pequeña con caja transparente para detectar la luz. Estoy usando un LED normal de 830 nm como mi "fotodiodo".
El ángulo de la lente del diodo óptico de 5 mm que utilices marca una gran diferencia. +/-10 grados es aproximadamente 4 veces más sensible que +/-20 grados.... si la fuente de luz viene de menos de +/-10 grados. Si la fuente de luz es un área grande que está a +/-20 grados por delante, entonces no importa.
He probado los dos circuitos siguientes. Pude detectar pulsos de 0.3V, 5 ms en el Vo del fototransistor lo que significa 0.3 uA lo que significa 0.05 uW/cm^2 si mi lectura de la hoja de datos es correcta y si se mantuvo lineal (grandes ifs) todo el camino hasta 0.3uA. Tal vez fue 5 uW/cm^2. Si 0,05 uW/cm^2 es correcto, entonces el LED 830 disponible en el mercado estaba leyendo hasta 0,5 uW/cm^2. Estaba proyectando 10 mW de luz de 830 nm a través de 1 cm de tejido (mi dedo). Sé que si los niveles de luz con los que estaba trabajando fueran rojos, apenas habría sido visible. El enlace de abajo muestra el uso de una retroalimentación de 500 M ohm con un fotodiodo, que indica niveles de luz mucho más bajos. Observe la orientación de su fotodiodo, que es la misma que la de mi LED (al revés que en la mayoría de los enlaces de Internet). Obtuve mejores resultados de esta manera.
http://www.optics.arizona.edu/palmer/OPTI400/SuppDocs/pd_char.pdf
![phototransistor with JFET op amp for low light levels]()
![5mm 830 nm LED in place of a photodiode with JFET op amp]()
