Hallo,
ich möchte eine LED in Sperrrichtung als Photosensor verwenden. Da die
Kapazität der LED von der Beleuchtungsstärke abhängt lässt sich über die
Entladezeit die Umgebungshelligkeit messen. So viel zur Theorie.
Praktisch betreibe ich die LED an einem Funktionsgenerator, welcher mir
eine Rechteckspannung mit 100Hz zwischen 0V und 5V erzeugt. Die LED ist
mit einem 1MOhm Vorwiderstand in Sperrrichtung an den Funktionsgenerator
angeschlossen. Das Oszilloskop triggert auf die fallende Flanke. Leider
zeigt sich selbst bei starkem Zeitzoom (50ns/Div) absolut kein
kapazitives Verhalten. Es ist nicht unterscheidbar, ob die LED
angeschlossen ist, oder nicht. Was mache ich falsch?
Gast wrote:
> ich möchte eine LED in Sperrrichtung als Photosensor verwenden. Da die> Kapazität der LED von der Beleuchtungsstärke abhängt lässt sich über die> Entladezeit die Umgebungshelligkeit messen. So viel zur Theorie.
Diese Theorie ist mir neu, woher hast Du sie?
Eine LED kann als Fotodiode arbeiten, d.h. Spannung erzeugen oder ihren
Widerstand ändern.
Allerdings hat sie nen lausigen Wirkungsgrad, weit unter einer echten
Fotodiode.
Peter
Hier kannst du einiges drüber lesen:
http://www.geoclub.de/download/file.php?id=1476
Dort steht z.B.:
"Die Kapazität einer Leuchtdiode
(LED) in Sperrrichtung ist abhängig
von der Beleuchtung. Bei Beleuch
tung ist sie klein, in dunklem Zustand
groß.
Im Programm wird die Kapazität der
LED regelmäßig aufgeladen und nach
einer bestimmten Zeit nachgemessen,
inwiefern sie sich schon entladen hat.
Durch den schmalen Abstrahlwinkel
der LED ist gewährleistet, dass die
Schaltung nur bei direkter Beleuch
tung aktiviert wird. Als am Besten
geeignete LED hat sich eine superhel
le rote mit transparentem Gehäuse he
rausgestellt."
Die Beschreibung ist nicht wirklich richtig.
Die LED hat eigentlich eine konstante Kapazität, wirkt aber gleichzeitig
als Photodiode, und somit als Stromquelle bzw Senke.
Also entläd die LED die zuvor aufgeladene Sperrschichtkapazität (und
alles was dranhängt) abhängig von der Beleuchtung.
@ Gast
Du willst sie doch nur als Photosensor verwenden, also löte den 1M Ohm
Widerstand mit der Diode(verkehrt rum) zusammen und miss die Spannung
über den Widerstand.(den Strom)
Je heller desto mehr Strom fließt.
Du kannst an dem Widerstand bei Dunkelheit noch ~5mV messen und wenn du
richtig mit einer andren LED drauf strahlst 2V bis 3V.
Der Spannungsverlauf müsste linear sein.
Winfried wrote:
> "Die Kapazität einer Leuchtdiode> (LED) in Sperrrichtung ist abhängig> von der Beleuchtung. Bei Beleuch> tung ist sie klein, in dunklem Zustand> groß.
Das ist nur ne Behauptung, die der Autor nichtmal selber glaubt.
Sonst würde er ja nicht die Widerstandsänderung messen.
Zur Kapazitätsmessung bräuchte die Schaltung entweder ne konstante
Stromquelle oder nen konstanten Widerstand und die sind nirgends.
Er mißt daher die Entladung der konstanten Schaltungskapazität über den
lichtabhängigen Sperrwiderstand.
Peter
Um auf die Frage vom Gast zurückzukommen:
Ich mache das mit den LEDs als Lichtsensor auch schon in mehreren
Schaltungen, klappt sehr gut. Mir scheint Dein 1 MOhm Widerstand viel zu
gross. Ich benutze einen ganz normalen Vorwiderstand, also ca 150 Ohm.
Auch ist Dein Rechtecksignal mit 100Hz viel zu langsam, da die Kapazität
nicht so gross ist.
Das meiner Meinung nach beste Dokument zum Thema ist das hier:
http://www.merl.com/papers/docs/TR2003-35.pdf
Dort sieht man auch einige Oszi Screenshots, wie die Entladungskurve
genau aussieht. Man misst also wohl die "Restspannung" bei der Entladung
nach einer gewissen Zeit.
Auch ich kenne diese Schaltung und kann bestätigen dass sie
Funktioniert.
Ich will aber auch kurz was zur Messung sagen.
Da wird keine Spannung gemessen (zumindest nicht direkt)
Was gemacht wird:
-Spannung verkert herum an die LED anschliessen
-warten
-Ausgang auf Eingang umstellen
-In einer Schleife Eingangspegel einlesen (0 oder 1 nicht analog)
-Wenn der Pegel umschlägt auswerten wie lange es gedauert hat
-Bei dunkel dauerts länger als bei hell
-Das das ganze nicht prezise ist ist klar, aber man kann erkennen, ob
eine
LED im hellen oder im dunkelen ist.
Damit die Schaltung funktioniert, ist es nicht erforderlich, dass sich
die Kapazität mit der Beleuchtungsstärek ändert (m.W. tut sie das auch
nicht, sie ändert sich nur mit der Sperrspannung). Die Entladezeit der
Kapazität hängt also im Wesentlichen vom Fotostrom ab, der bei
konstanter Kapazität proportional zur gemessenen Zeit ist.
So ähnlich steht das auch in dem von Roman geposteten Dokument:
"By timing how long this takes, we get a measurement of the
photocurrent and thus the amount of incident light."
Das eigentlich Besondere an der Schaltung ist, dass man zur Messung des
Fotostroms keinen ADC benötigt, sondern mit zwei gewöhnlichen
Digital-I/Os auskommt. Zudem kann man die LED nicht nur als Empfänger,
sondern auch als Sender nutzen.
Hat man einen ADC zur Verfügung, ist die Messung des Fotostroms über den
Spannungsabfall an einem Widerstand naheliegender. Sie dürfte
reproduzierbarer sein, da weniger unbekannte Größen (Diodenkapazität,
Eingangskapazität des µC, Schaltschwelle des µC-Eingangs usw.) in die
Messung eingehen. Sie hat auch den Vorteil, dass die Messdauer
unabhängig von der Beleuchtungsstärke ist.
Aber pfiffig ist der Trick mit der Diodenkapazität schon, da muss man
erst einmal draufkommen :)
yalu wrote:
> Aber pfiffig ist der Trick mit der Diodenkapazität schon
Nein, der Trick ist mit dem Sperrwiderstand!
> , da muss man> erst einmal draufkommen :)
Widerstandsmessung über Entladezeit eines Kondensators ist ein alter
Hut.
Und daß der Widerstand eines Halbleiters sich durch Lichteinfall ändert
auch.
Ich hab früher mal von Selengleichrichtern den Zinnbelag etwas
abgewischt, um sie lichtempfindlich zu machen, hat funktioniert.
Ältere russische TTL-Gatter (Malzbonbons) kann man durch Lichteinfall
sperren.
Peter
JEDE PN-Sperrschicht hat die Eigenschaft einer Fotodiode: das in die
Sperrschicht kommende Licht macht Ladungsträger frei, die dann den
lichtabhängigen Sperrstrom bilden. Dabei ändert sich an der Breite der
Sperrschicht nichts, die ist durch angelegte Spannung und
Diffusionsprofil festgelegt.
Ob es eine LED-Sperrschicht, eine Dioden- oder andere Sperrschicht ist,
macht da wenig Unterschied. Nur ist bei der Fotodiode der Aufbau so,
dass das Licht gut in die Diode hineinkommt
Deshalb werden auch Dioden, Transistoren, IC's... in lichtdichte Gehäuse
eingepackt.
Dass sich dabei die Kapazität der Diode durch Beleuchtung ändert, kann
nur ein Nebeneffekt sein, ist von der Wirkungsweise her aber Unsinn.
Schonmal eine Standarddiode (1n4148) im transparenten Gehäuse probiert?
Wieso verbaut man Halbleiter überhaupt in transparente Gehäuse???
Dadurch verbiegt sich doch die Kennlinie je nach Beleuchtung.
Peter Dannegger schrieb:
> yalu wrote:>>> Aber pfiffig ist der Trick mit der Diodenkapazität schon>> Nein, der Trick ist mit dem Sperrwiderstand!>>> , da muss man>> erst einmal draufkommen :)>> Widerstandsmessung über Entladezeit eines Kondensators ist ein alter> Hut.
Das schon, aber dass man als Kondensator die parasitäre Kapazität nutzt
(die damit nicht mehr parasitär ist), habe zumindest ich noch nicht
gesehen. Aber natürlich gibt es vieles, was ich noch nicht gesehen habe
und trotzdem ein alter Hut ist ;-)
Eine andere interessante variante ist es bei einem Ge-transistor ein
Loch in Metallgeäuse zu bohren. So leicht kommt man sonst nicht an
Germanium Fotodioden oder Fototransistoren.
Wie gross ist den die Kapazitaet einer LED, SMD/LED?
..vielleicht kennt jemand von euch einen netten Link zu Dokumenten ueber
LED und deren parasitaerer Kapazitaet?
Der nette Link für
> die Kapazitaet einer LED
geht zu den Datenblättern der jeweiligen LED die eingesetzt wird.
Das gilt auch für
> LED und deren parasitaerer Kapazitaet
wenn du erklärst, warum sie `parasitär` ist, sie ist doch Bestandteil
des Pruduktes.
