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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche Fotodiode bis ca 20.000 lx


Autor: Markus (Gast)
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Guten Morgen,

ich bin auf der Suche nach einer Fotodiode mit einem Messbereich bis ca. 
20.000 lx leider nicht fündig geworden. Hab in diversen Onlineshops 
gesucht. Die Diode soll zur Helligkeitsmessung des Tageslichts sein, 
also an das menschliche Auge angepasst (in etwa 300nm bis 1100nm).

Vielleicht weiß einer von euch eine bzw. wo man solch eine findet.

Preis sollte natürlich im Rahmen bleiben.

Viele Grüße und besten Dank

Markus

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Und was hältst Du von der BPW21? Die wird immerhin in Belichtungsmessern 
wie dem Gossen Profisix verwendet.

Und sie ist mit einem Filter ausgestattet, der die menschliche 
Sehcharakteristik nachbildet (350..820 nm).

Autor: John Drake (Gast)
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Erster Treffer: SFH2430. Suchbegriffe: photo-diode ambient light sensor 
(oder v-lambda).

Es gibt viele Fotodioden, die deine Anforderungen erfüllen. Warum hast 
du nichts passendes finden können? Wegen der Bauform oder der Kosten? 
Die 20klx sollten für kaum eine Fotodiode ein Problem darstellen (im 
Falle der SFH2430 entspricht das einem Fotostrom von 126µA).

Autor: Markus (Gast)
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Hallo,

schon mal Danke.

Ich denke schon auch, dass es viele Dioden gibt die für mich in Frage 
kommen. Aber irgendwie komm ich mit den Datenblättern net zurecht.

Z.B. kann ich aus dem Datenblatt der SFH 2430 den Messbereich nicht 
erkennen. Ich seh wohl den Wald vor lauter Bäumen nicht.

Ich hab auch Dioden gefunden, die einen weit größeren Bereich als 20.000 
lx aufweisen. Ich dachte nur, dass eine Diode bis 20.000 lx (was für 
mich wahrscheinlich ausreicht) eine bessere Genauigkeit hat, weil diese 
ziemlich wichtig ist.

Gruß
Markus

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Autor: John Drake (Gast)
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Hallo Markus,

Fotodioden können hochlinear sein. Bei den Standard-Si-Fotodioden ist 
der Linearitätsbereich nach unten durch den Dunkelstrom (ist meist gut 
spezifiziert) und nach oben durch den Serienwiderstand der Fotodiode 
begrenzt (reduziert die Sperrspannung, begrenzt je nach äußerer 
Beschaltung). Der Serienwiderstand von Fotodioden liegt im Bereich von 
10-1000Ohm, und ist bei weniger als einigen mA Fotostrom und 
ordentlicher Messschaltung kein Problem.

Soll es wirklich hochlinear sein, würde ich PIN-FD bevorzugen. Bei 
PN-Fotodioden werden (insbesondere bei einer unglücklichen Wahl der 
Wellenlänge; blau oder IR bei Si) auch außerhalb der Sperrschicht 
Ladungsträgerpaare generiert, welche nur langsam zur Sperrschicht 
diffundieren. Die Rekombinationsrate dieser Ladungsträgerpaare hängt 
aber von der Ladungsträgerdichte ab (wegen der konstanten Anzahl von 
Rekombinationszentren). Es gibt einen einfachen Test, um zu überprüfen, 
ob die gewählte FD damit ein Problem hat: Mit konstanter Lichtleistung 
beleuchten und die Sperrspannung erhöhen. Erhöht sich die 
Fotoempfindlichkeit (weil die Sperrschicht dicker wird), so sind 
Nichtlinearitäten wegen Rekombination zu erwarten.

Autor: Markus (Gast)
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hi john drake,

danke schön. Aber welchen Nachteil bringen die nicht PIN-Fotodioden 
letzen Endes bzw. welchen Nachteil bringt es, dass auch außerhalb der 
Sperrschicht
Ladungsträgerpaare generiert werden, welche nur langsam zur Sperrschicht
diffundieren? Kannst du mir das auch in einfachen Worten erklären?

Leider konnte ich immer noch nicht entdecken, wie ich den Messbereich 
für die SFH 2430 aus dem Datenblatt lese. Normal sind doch am Ende immer 
die Diagramme.

Gruß

Autor: Ulirch (Gast)
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Die untere Grenze des Sinnvollen Bereichs kann man über den Dunkelstrom 
abschätzen. Man kann auchnoch etwas darunter - als echte Grenze kommt 
dann irgendwann das Rauschen. Die obere Grenze ist wohl durch die 
Verlustleistung gegeben - da sind run 140 mW zulässig.  Im grünen wären 
das mit 0,17 A/W rund 24 mA an Photostrom. Das entspräche dann einigen 
Millionen Lx.  Ob die Diode dann noch 100% linear ist, ist aber was 
anderes - ausgeschlossen ist das aber nicht.  Am ehesten hat man ja die 
Nichtlinearität eher im UV oder IR Bereich, und den läßt hier der Filter 
kaum durch.

Wenn die Ladungsträger im Bereich der Sperrschicht generiert werden, 
wird praktisch jedes Elektron eingesammelt. Daran kann sich auch durch 
mehr Intensität oder die Temperatur kaum was dran ändern, und man 
praktisch automatisch eine gute Linearität und wenig 
Temperaturabhängigkeit.  Wenn die Absorbtion deutlich außerhalb der 
Sperrschicht stattfindet, muss das Elektron / Loch erst per Diffusion 
zur Sperrschicht kommen. Das kann etwas dauern, und die Effizienz ist 
nicht so dicht bei 100%. Hier kann sich die Effizienz mit der 
Lichtstärke, Temperatur oder dem Alter leichter ändern.

Autor: Markus (Gast)
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Also sorry, ich versteh das nicht.
Können die nicht einfach einen Messbereich (von bis in lux) angeben, in 
dem die Diode mit einer guten Linearität arbeitet? Oder eben (wie ja oft 
geschieht) ein Diagramm hinten rein machen.

Hab jetzt mal das Datenblatt der SFH 2430 angehängt (Funktioniert PDF?) 
und es wäre echt super, wenn mir jemand erklären könnte, wie ich daraus 
den Messbereich herausfinden kann.

Ich bin mir sicher, dass das relativ einfach geht, ich aber leider zu 
doof dafür bin.

Viele Grüße
Markus

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Kannst Du Dir nicht etwas aus dem Wert S in "Kennwerte" zusammenreimen?

Ansonsten: Sieh Dir doch mal die BPW21 an - die wird in ernstgemeinten 
Messgeräten verwendet, und sie ist nicht nur als allgemeiner 
Helligkeitssensor gedacht.

Dem verlinkten Datenblatt von Osram entnehme ich das von Dir gesuchte 
Diagramm (Seite 4, erste Reihe Mitte).

Autor: Markus (Gast)
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Hallo Rufus,

Rufus Τ. Firefly schrieb:
> Kannst Du Dir nicht etwas aus dem Wert S in "Kennwerte" zusammenreimen?

Ich würd sagen der Wert S bedeutet: bei einer Änderung von 1 lux in der 
Helligkeit, ändert sich der Strom (bei einer Spannung von 5V) um 5,8 nA.

Rufus Τ. Firefly schrieb:
> Dem verlinkten Datenblatt von Osram entnehme ich das von Dir gesuchte
> Diagramm (Seite 4, erste Reihe Mitte).

Das Diagramm sagt doch nur aus, wie sich der Strom bzw. der Widerstand 
der Diode bei einer konstanten Helligkeit von 1000lx und eine Spannung 
von 5V in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.

Ich möchte ja eine Aussage für welchen Helligkeitsbereich die Diode 
besonders geeignet ist.

Rufus Τ. Firefly schrieb:
> Ansonsten: Sieh Dir doch mal die BPW21 an - die wird in ernstgemeinten
> Messgeräten verwendet, und sie ist nicht nur als allgemeiner
> Helligkeitssensor gedacht.

Ich entnehmen dem Datenblatt der BPW21 aus dem Diagramm auf Seite 4, 
erste Reihe mitte, dass die BPW21 bei einer Spannung von 5V im Bereich 
von 10 lx bis 1000 lx eine gute Linearität aufweist.


Und genau so was fehlt mir bei der SFH 2430 bzw. bei einigen anderen 
Datenblättern.

Viele Grüße
Markus

Autor: Markus (Gast)
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PS:
Die 1000 lx der BPW21 sind zu wenig.

Gruß

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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Graufilter vor der Diode?

Autor: Markus (Gast)
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Hallo Uwe,

bei den notwendigen ca. 20.000 lux habe ich den Graufilter schon 
berücksichtigt.

Gruß
Markus

Autor: John Drake (drake)
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Markus schrieb:
> Also sorry, ich versteh das nicht.
> Können die nicht einfach einen Messbereich (von bis in lux) angeben, in
> dem die Diode mit einer guten Linearität arbeitet? Oder eben (wie ja oft
> geschieht) ein Diagramm hinten rein machen.

Das ist sehr aufwändig zu messen und wird aufgrund der hohen Testkosten 
nicht spezifiziert.

Autor: Markus (Gast)
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Ach so. Ok, das leuchtet ein.
Aber es muss doch bei der unzähligen Anzahl an Fotodioden eine 
Möglichkeit geben den Messbereich in irgendeiner Art und Weise 
einzuschätzen.

Oder hilft da nur kaufen und ausprobieren?

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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Anderer Vorschlag: Lochblende vor der Diode und ggf zusaetzlich 
Graufilter und ggf Diffusor (Butterbrotpapier)?

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Markus schrieb:
> Das Diagramm sagt doch nur aus,

Ich bezog mich auf die BPW21.

Markus schrieb:
> Die 1000 lx der BPW21 sind zu wenig.

Das ist NICHT ansatzweise der Grenzwert. Das ist nur das, was in diesem 
Diagrämmchen wiedergegeben ist bzw. was zur Beschreibung anderer 
Parameter verwendet wird.

Diese Photodiode --wie oft muss ich das hier eigentlich noch 
schreiben?-- wird in Belichtungsmessern wie z.B. Gossen Profisix 
verwendet, und das selbstverständlich ohne vorgesetzten Graufilter.

Und damit lassen sich ganz erheblich andere Helligkeiten messen als nur 
1000 lx.

Mir scheint, Du verrennst Dich da etwas und suchst ein Problem, wo gar 
keines ist.

Lies Dir mal 
Beitrag "Re: Helligkeit mit Fototransistor messen" durch.

Autor: Markus (Gast)
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Ah ok. Vielen Dank.

Autor: Ulirch (Gast)
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Bei den mittleren Wellenlängen die der Filter bei der BPW21 oder SFH 
2430 durchläßt ändert sich nur wenig an der Empfindlichkeit. Wenn man 
keine extremen Anforderungen hat, wird man so schnell keine merkliche 
Abweichung von der Linearität feststellen, auch nicht bei praller Sonne, 
ganz ohne Graufilter.  Einfach weil da keine Effekte zu erwarten sind, 
ist die Kurve nicht weiter geführt. Vermutlich wird der größere Effekt 
auch einfach thermischer Art sein - ließe sich also über die 
Temperaturabhängigkeit abschätzen.

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