Ja

und oft betreibt man die Dioden mit einer Vorspannung. Im Datenblatt sind die Angaben für 5V gemacht.

Da sich die Photodiode idealerweise wie eine Stromquelle verhält, tendiert der Innenwiderstand somit gegen Unendlich. Mit einer Widerstandsmessung kommst Du also nicht weiter. Du musst den Strom messen, der durch die Diode fließt. Viel ist es nicht.

Was genau soll denn mit der Diode gemessen werden? Wird das ein Dämmerungsschalter oder ein Laser-Entfernungsmesser?

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(Hanlon’s Razor)

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am  5 Aug 2006 20:41 ]

Für Fotodioden bietet sich ganz besonders der sogenannte Transimpedanzverstärker an. Diese Schaltung kann problemlos Ströme im Nanoamperebereich in messbare Spannungen verwandeln. Ein Shuntwiderstand und Spannungsverstärkung ist nicht die gute Variante da man damit hauptsächlich einen elektrischen Rauschgenerator aufbaut, oder eine hohe Impedanz im Messgerät erwirkt. Ein Transimpedanzverstärker hat innerhalb seines Arbeitsbereiches einen Innenwiderstand von null.

So funktioniert der Verstärker:
http://de.wikipedia.org/wiki/Transimpedanzverst%C3%A4rker

Was genau ist deine Anwendung? Vor allem, welche Bandbreite benötigt der Aufbau um seine Aufgabe zu erfüllen und welche Signalstärke ist verfügbar?

Für einen solchen Verstärker solltest du einen OPV mit einer CMOS oder einer (J)FET Eingangsstufe verwenden, da ist der Eingangsstrom und das Stromrauschen ausreichend gering.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am  6 Aug 2006  3:23 ]

Die Fotodiode soll erkennen ob ein beleuchtetes Blatt Papier, das darüber gezogen wird, schwarz oder weiß ist. (perl wird das vielleicht bekannt vorkommen) Ich möchte das ganze an den AD- Wandler eines Microcontrollers anschließen.

Das mit dem Transimpedanzverstärker halte ich für eine gute Idee, allerdings hatte ich bisher noch nie etwas mit Operationsverstärkern zu tun, kann mir also die Funktion des ganzen nicht auf den ersten Blick klarmachen. Vielleicht helft ihr mir ein wenig auf die Sprünge.

Ich nehme an die Stromquelle im Schaltbild soll die Fotodiode sein?

Ja diese Stromquelle wäre in deinem Fall die in Sperrichtung betriebene Fotodiode.

Der Strom der In den Verstärker fliesst kann nur durch den Widerstand R, da ein OPV idealerweise einen unendlich hohen Eingangswiderstand hat. Durch diesen Strom fällt am Widerstand eine Spannung ab. Wenn nun am invertierenden Eingang des OPV eine positive Spannung auftritt wird der Ausgang negativ und zieht sozusagen den zu messenden Strom durch den Widerstand hindurch. Dabei tritt am Ausgang eine Spannung auf die genau ausreicht, so dass der Invertierende Eignang auf Massepotential kommt, wirkt also wie eine virtuelle Masse mit Innenwiderstand null.

Die Verstärkung stellst du durch den Widerstand ein. Wenn du zB einen 10M nimmst, ergibt das -1V / 100nA. Der Verstärker ist invertierend. Wenn du eine positive Spannung am Ausgang möchtest, musst du die Fotodiode mit einer negativen Spannung betreiben. Eine bipolare Spannungsversorgung brauchst du sowieso um den Verstärker zu betreiben, macht also keinen zusätzlichen Aufwand.

Für diese Anwendung köntest du evtl auch einen Fototransistor statt der Fotodiode verwenden, der hat schon den Verstärker drin. Da bräuchtest du nur einen zusätzlichen Widerstand um einen Spannungsteiler aufzubauen und kannst daran mit dem ADC direkt messen, ohne einen solchen Verstärker mit passender Spannungsversorgung bauen zu müssen.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am  6 Aug 2006 13:35 ]

Ich habe die Diode mal mit einem 4M7 zusammengeschlossen und die Spannung mit dem Multimeter abgegriffen. (Ohne Spannungsversorgung) Dabei stellte ich fest, dass die unmittelbare Beleuchtung mit der Leuchtstofflampe an der Decke den Messwert auf 450mV!!! hochschnellen lässt, wenn ich die Fotodiode allerdings mit der Hand abdunkle fällt die Spannung auf unter 100mV. Für meine Zwecke wäre das genau genug. Das setzt allerdings voraus, dass der Innenwiderstand des AD-Wandlers hoch genug, also im MOhm-Bereich liegt, aus dem Datenblatt des Controllers geht nicht viel hervor. Was meint Ihr?

Das ist auf jeden Fall eine zu hohe Quellenimpedanz für den ADC. Ein einfacher Spannungsfolger vor dem Eingang sollte das Problem allerdings lösen:

Bild eingefügt
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.ed......html

Ich habe gerade im Datenblatt eines ATMega48 gelesen dass die Quellenimpedanz unter 10k liegen sollte.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: photonic am  6 Aug 2006 18:49 ]

Zitat :

Ich habe die Diode mal mit einem 4M7 zusammengeschlossen und die Spannung mit dem Multimeter abgegriffen. (Ohne Spannungsversorgung) Dabei stellte ich fest, dass die unmittelbare Beleuchtung mit der Leuchtstofflampe an der Decke den Messwert auf 450mV!!! hochschnellen lässt, wenn ich die Fotodiode allerdings mit der Hand abdunkle fällt die Spannung auf unter 100mV

Wenn du das ohne Hilfsspannung gemacht hast, dann hast du die PD als Fotoelement betrieben.
Die Ausgangsspannung im Leerlauf ist dann logarithmisch von der Beleuchtungsstärke abhängig.
Das bedeutet, daß auch geringe Lichtmengen beachtliche Spannungen erzeugen können, aber selbst in prallem Sonnenlicht werden es kaum mehr als 600mV.
Der Nachteil dieser Schaltung ist die niedrige Ansprechgeschwindigkeit.

Du solltest mal deine PD mit ein paar Volt in Sperrrichtung betreiben und mit einem Mikroamperemeter den bei in Frage kommenden Beleuchtungsverhältnissen flisenden Strom messen.
Dann kann man die Schaltung dimensionieren, wenn du auch noch verrätst, wie schnell sie funktionieren muß.

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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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Unten ist ein Schaltungsvorschlag, wie man mit 5V auskommt. Die Diode wird bei R2=R3 mit 2,5V Vorspannung betrieben.

Wird die Diode statt von Plus => invertierenden Eingang an invertierenden Eingang => GND angeschlossen, hat man Ua=U1+R1*I_D1.

Ich würde die skizzierte Variante vorziehen, da die meisten Wald- und Wiesen-OPs "nach unten" besser auszusteuern sind. Ein Rail-To-Rail-OP dürfte hier nicht nötig sein. Die Auflösung des AD-Wandlers mit dem eingeschränkten Aussteuerbereich sollte für diese Anwendung genügen.

Es wäre mal interessant zu wissen, wie schnell das Ganze sein soll????? Wieso eine so schnelle Photodiode????

Und: Wie soll denn die Auswertung von statten gehen? Gibt es eine feste Schwelle, bei der entschieden wird "schwarz oder weiß"? In dem Falle wäre ein Komparator nämlich besser und einfacher als der Klimmzug über einen AD-Wandler! Der AD-Wandler macht eigentlich nur Sinn, wenn das System sich selbst kalibrieren muss.

Gruß,
Ltof

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Die Diode sollte in ca. 1-10ms zwischen schwarz und weiß unterscheiden können, also nicht all zu schnell. Die niedrigere Ansprechzeit im Betrieb als Fotoelement wäre also vermutlich kein Problem für diese ohnehin schnelle Diode. (Ich wusste gar nicht dass die so schnell ist.)

Die Frage mag vielleicht ein wenig dümmlich erscheinen, aber was zum Teufel ist eine "Quellenimpedanz"???? Ich weis was der Innenwiderstand eines Messgerätes ist, und der würde mich interessieren. Probehalber habe ich statt eines 4M7 mal einen 5K6 verwendet, die gemessene Spannung ist zwar deutlich niedriger (ca. 1mV), trotzdem lässt sich schwarz und weiß zuverlässig unterscheiden.

Würde ich die Diode direkt (ohne Widerstand) an den ADC anschließen, und der einen Innenwiderstand von mehreren 10- oder 100- kOhm hätte, wäre alles in Butter.

PS: Es ist nicht etwa so, dass ich grundsätzlich etwas gegen Operationsverstärker hätte, ich suche nur nach der einfachsten Lösung.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: ffeichtinger am  7 Aug 2006 21:38 ]

Zitat : ffeichtinger hat am  7 Aug 2006 21:22 geschrieben :

aber was zum Teufel ist eine "Quellenimpedanz"???? Ich weis was der Innenwiderstand eines Messgerätes ist, und

Es gibt eine Quelle, da kommt der Strom raus. (Photodiode)
Es gibt eine Senke, da geht der Strom rein. (AD-Wandler)

Beide haben einen Innenwiderstand. Die haben aber noch mehr als nur einen ohmschen Widerstand, nämlich auch noch kapazitive und induktive Blindanteile. Das alles zusammen ist die Impedanz. http://de.wikipedia.org/wiki/Impedanz (ist Dein Google kaputt?).

Nun hat die Empfehlung des µC-Herstellers, die Quellenimpedanz nicht zu hoch zu machen, schon ihren Sinn. Je weiter man sich von den empfohlenen Werten entfernt, umso wahrscheinlicher wird eine Fehlfunktion. Du baust mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein instabiles System, wenn Du keine Anpassung der viel zu hohen Quellenimpedanz an die niedrigere Senkenimpedanz machst. Die Anpassung macht der Transimpedanzwandler. Du wirst Dich ohne an Langzeitdrift, Temperaturdrift und was weiß ich erfreuen können.

Jetzt ist der richtige Zeitpunkt, Dich mit einem OP auseinanderzusetzen.

edit:
Statt wiederholt irgendwelche Spannungswerte an Lastwiderständen vorzubeten, wären die Stromwerte der PD bei den jeweiligen Zuständen (schwarz/weiß) interessant! Und zwar am besten, wenn die PD an einer Vorspannung betrieben ist.

Gruß,
Ltof

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am  8 Aug 2006  7:51 ]

Zitat :

habe ich statt eines 4M7 mal einen 5K6 verwendet, die gemessene Spannung ist zwar deutlich niedriger (ca. 1mV),

Aha, das ist doch schon mal etwas. Dein Fotostrom beträgt also etwa 0,2µA.
Ich weiß nicht, welchen ADC du verwenden willst, aber wenn dein µC einen Komparatoreingang hat, sollte das in Verbindung mit einem 1M problemlos für einen Schaltvorgang reichen.
Kathode der PD an +5V, 1M nach Masse. Die Verbindung an den Eingang des Komparators. Den anderen Komparatoreingang (evtl über 1MOhm) an eine Referenzspannung von 0,1V legen. Wenn du für die Referenzspannung ein Poti nimmst, kannst du die Empfindlichkeit daran einstellen.

Das funktioniert nur, wenn die PD dicht mit dem Komparator zusammengebaut wird, sonst fängst du dir zuviel Störungen ein, bzw. du mußt ein abgeschirmtes Kabel (bis 1m ok) verwenden.

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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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Hallo zusammen,

ich hab mich im Rahmen einer Studienarbeit auch mit einem ähnlichen Problem beschäftigt. Hab dann das hier gefunden:
iC-VP Photoswitch (vom ichaus.de). Der liefert ein digital kompatibles Signal, mit einstellbarer Schwelle.

Gruß

Sebastian

Der Begriff der Impedanz war mir durchaus bekannt, ebenfalls die Begriffe Quelle und Senke. Auch wusste ich dass jede Senke eine Impedanz hat, aber die Impedanz einer Quelle war mir bisher unbekannt und ehrlich gesagt kann ich mir auch nicht viel drunter vorstellen, aber das ist ein anderes Thema...


unter 4.6V Vorspannung (in Sperrrichtung) und unter normaler Beleuchtung der Leuchtstofflampe an der Decke bringt die Diode keinen messbaren Strom (also kleiner als 0.1yA). Erst unter Beleuchtung mit einer ca. 25W Halogenlampe aus ca. 30cm Distanz lässt die Diode bei weißer Fläche ca. 20yA und bei schwarzer Fläche ca. 15yA durch.

Also wie's aussieht werde ich doch einen einfachen Transimpedanzverstärker bauen müssen, auch wenn ich noch nicht ganz durchschaut habe wieso es ohne nicht gehen soll. (Ich könnts doch einfach mal ausprobieren, was kann schon groß passieren?) Mich hätte jetzt interessiert welche Bauteile ich dafür brauche? Kann man den Operationsverstärker auch irgendwo auslöten oder muss man den bestellen?