Berechnung Photospannung

[Rolf (Gast)]

Guten Tag,

ich habe eine Schaltung gegeben in der eine Photodiode untergebracht 
ist.

Ub=5V-----Ri---------R2-----R3---GND
      |       |          |
      --<=D---           |Abgriff zum ADU

Der Innenwiderstand Ri ist gegeben mit 147 kOhm.
R2=R3=20kOhm.

Nun müsste ich die Spannung an R3 (also diejenige, die am ADU anliegt) 
doch berechnen können durch

UR3=1/2(Ub-Ri(IB+Im))
richtig?


wobei Im der Strom der Photodiode sein sollte.

Habe leider keine Daten zu der Photodiode. Wisst ihr einen Richtwert an 
Photostrom in dem sich das ganze befinden könnte?  (Ist eine on Chip 
Photodiode, nicht besonders groß)

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Die Fotospannung einer Diode hat eine typische Diodencharakteristik:
schon mit wenig Licht sind es einige 100 mV, und auch mit viel Licht
weniger als 1 V.

Daher misst man in aller Regel stattdessen den Fotostrom, denn der ist
(angenähert) proportional zur Lichtstärke.

[John D. (Gast)]

Na, der Fotostrom hängt natürlich hauptsächlich von der einfallenden 
Lichtleistung und der Wellenlänge ab. Bei idealer Fotodiode (Eta=1) 
beträgt die Fotoempfindlichkeit

R=(Lambda*Eta/1,243)A/W wobei Lambda in µm einzusetzen ist.

Bei rotem Licht ergeben sich etwa 0,5A/W. Eta kann aber dramatisch 
unterschiedlich sein. Hat die Fotodiode eine ARC und die Wellenlänge 
passt, hat man ein Eta nahe 100%, bei unpassender Wellenlänge 
(Filterwirkung des Oxidstacks) aber auch gleich einmal <10%.

[Reinhard Kern (Gast)]

John Drake schrieb:
> der Fotostrom hängt natürlich hauptsächlich von der einfallenden
> Lichtleistung und der Wellenlänge ab.

Das ist im Prinzip richtig, aber in der Praxis ist eben die einfallende 
Lichtleistung bei einer bestimmten Beleuchtung proportional zur Fläche - 
es kommt also auch noch auf die Chipgrösse an.

Aber wie auch immer, ohne Datenblatt kann man nichts konkretes aussagen.

Gruss Reinhard

[MaWin (Gast)]

> Der Innenwiderstand Ri ist gegeben mit 147 kOhm.

Na ja, das ist stark vereinfachend statt der exponentiellen 
Shockley-Kurve und daher in der Praxis falsch,
aber wenn es zur theoretisierenden Aufgabe gehört, musst du nur den 
Strom berechnen.

[Rolf (Gast)]

Im Prinzip messe ich doch hierbei auch den Strom. Denn durch den Strom 
ändere ich doch die Spannung im Ri (Angegeben mit 147kOhm durch interne 
Beschaltung) und durch diese Spannungsänderung ändern sich auch die 
größen der Spannungen am Spannungsteiler - richtig?

[John D. (Gast)]

Reinhard Kern schrieb:
> Das ist im Prinzip richtig, aber in der Praxis ist eben die einfallende
> Lichtleistung bei einer bestimmten Beleuchtung proportional zur Fläche -
> es kommt also auch noch auf die Chipgrösse an.

Klar (eingekoppelte Lichtleistung=Bestrahlungsstärke*Detektorfläche), 
aber bei fehlenden Angaben neigt man halt dazu, von den eigenen 
Erfahrungen auszugehen (Faserempfänger), anstatt alle möglichen Fälle 
durchzugehen.

Interessant ist jedenfalls, dass es um eine integrierte FD zu gehen 
scheint. Näheres zur Applikation wäre wünschenswert.

[John D. (Gast)]

Rolf schrieb:
>
> größen der Spannungen am Spannungsteiler - richtig?

Nein. Vernachlässige Ri doch einfach einmal (ist ja eh nur ein 
Ersatzwiderstand, der stark von der Temperatur und Spannung abhängen 
wird). Dann ist U_R3 ganz einfach Im*R3! Wozu soll eigentlich R2 gut 
sein?

[Rolf (Gast)]

Diese Frage habe ich mir auch gestellt. Der Spannungsteiler ist meiner 
Meinung nach nicht wirklich sinnvoll, aber leider vorhanden. Habe im 
Moment keine Möglichkeit dies zu ändern. Wie gesagt. Der Ri ist als 
interne Beschaltung angegeben. Also wirklkich parallel zu der 
Photodiode.

[John D. (Gast)]

Na dann wende doch einfach das Überlagerungsverfahren nach Helmholtz an 
und erhalte:

UR3=R3*(Ub+Im*Ri)/(Ri+R2+R3)

[Rolf (Gast)]

Der Vollständigkeit halber:

Ich habe die Spannung nun berechnet durch

Ub=IB*(R2+R3)+Ri*(IB+Im)
=>
IB=(UB-Ri*Im)/(Ri+R2+R3)

UR3=R2/(R2+R3)*(Ub+Ri*(Ib+Im))

Mit IB

UR3=R2/(R2+R3)*(Ub+Ri*((UB-Ri*Im)/(Ri+R2+R3)+Im))

das Vereinfachen hab ich mir dabei gespart...

Vielen Dank soweit!