Photodiode messen

[Läubi .. (laeubi)]

Ich würde gerne mit einer Photodiode (BPW 34) messen wie stark diese 
"beleuchtet" wird.
Wo ich mir jezt etwas unsicher bin, wie ich das am geschicktesten messe.
bzw verstehe ich einige Angaben im Datenblatt nicht.

Erstmal meßverfahren, hab ich mir gedacht das ich einfach + --> Diode 
--> 50k Ohm --> GND und dann den Spannungsabfall über dem Widerstand 
messe, das sollte mir doch ein Maß für den Strom durch die Diode geben 
oder bin ich da auf dem Holzweg?

Zum Datenblatt: Dort ist immer die Rede von einem V_R (bspw 5V) was ist 
damit gemeint? Auch finde ich keinen konkreten Wert bei X Lux 
beleuchtung gibt es Y nA /mA Stromfluß (oder man muss das zusammen mit 
dem ominösem V_R berechnen) auf jedenfall bin ich da unsicher, vieleicht 
kann mir da jemand weiterhelfen?

Datenblatt habe ich mit angehangen.

[Johannes M. (johnny-m)]

Eine Fotodiode liefert einen beleuchtungsabhängigen Strom. Den kannst Du 
mit einem Bürdewiderstand oder besser mit einem Transimpedanzverstärker 
in eine Spannung wandeln und die Spannung dann messen. An die Diode wird 
im Normalfall keine Spannungsquelle angeschlossen.

[Johnny Maxwell (Gast)]

V_R steht für die angelegte Spannung in Sperrrichtung. Auf Seite 4 oben 
in der Mitte siehst du auch ein Diagramm für den Photostrom in 
Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke.

[Läubi .. (laeubi)]

@Johnny Maxwell:
Also +5V --> Diode in Sperrichtung --> ADC?

@Johannes M.
Hast du zufällig ein Schaltungsbeispiel? Ich wollte eigentlich ohne 
großartig viel Zusatzhardware auskommen, deshalb wäre die 
Widerstandslösung ganz gut bin mir aber über die verschaltung nicht 
sicher :)

[Johnny Maxwell (Gast)]

> Also +5V --> Diode in Sperrichtung --> ADC?

Ich weiß nicht genau wie du das meinst, aber du musst den Strom der 
durch die Photodiode fließt messen. Da sich der typischerweise im uA bis 
mA Bereich bewegt wäre ein Transimpendanzverstärker wie mein 
Namensvetter vorgeschlagen hat sicher eine Idee.

[Johannes M. (johnny-m)]

Es gibt im Prinzip drei Möglichkeiten:
1. (und einfachstens): Der Diode wird ein Widerstand parallelgeschaltet, 
an dem eine dem Fotostrom proportionale Spannung abgegriffen werden 
kann. Nachteil: Fotostrom ist u.U. sehr klein, sehr hochohmige Messung 
erforderlich, sonst geht die Linearität völlig flöten.

2.: An die Fotodiode wird eine Spannung in Sperrichtung angeschlossen, 
die zu einer Verstärkung des Fotostromes führen kann (auf die 
Beschaltung beziehen sich offensichtlich die Angaben im Datenblatt, V_R 
wird in Sperrichtung angelegt und über einen Widerstand im Kreis kann 
wieder eine stromproportionale Spannung abgegriffen werden). Nachteil: 
U.a. geringere Linearität (sollte in diesem Fall lt. Datenblatt aber 
unproblematisch sein).

3. (und elegantestens sowie präzisestens): Der Fotostrom wird mit einem 
Transimpedanzverstärker in eine niederohmig messbare Spannung gewandelt. 
Nachteil: Höherer Schaltungsaufwand.

Für Dich ist wahrscheinlich tatsächlich Methode 2 am sinnvollsten, 
allerdings hast Du noch nicht erzählt, womit Du messen willst...

[Läubi .. (laeubi)]

Okay... Also die Schaltung (Transimpedanzwandler) dazu hab ich gefunden, 
mir ist nur nicht ganz klar wie ich jezt aus der Photodiode eine 
stromquelle bastel, oder ob ich einfach die Diode da dranklemmen kann 
(dann weiß ich aber nicht wie die vorspannung realisiert werden soll) 
bin also etwas ratlos :(

Messung soll ein AVR übernehmen.

[Johannes M. (johnny-m)]

Läubi [e-mail] wrote:
> mir ist nur nicht ganz klar wie ich jezt aus der Photodiode eine
> stromquelle bastel,
Die Fotodiode ist eine Stromquelle (und zwar eine lichtabhängige)! 
Eine Fotodiode ist im Prinzip eine kleine Solarzelle (ist das selbe 
Funktionsprinzip). Bei Beleuchtung fließt ein Sperrstrom...

[Rufus Τ. F. (rufus)]

Hier Beitrag "Re: Helligkeit mit Fototransistor messen" habe ich auf 
einen allerdings französischen Artikel verwiesen, der eine 
Auswerteschaltung für die Photodiode BPW21 beschreibt. Vorteil dieser 
ist das dem menschlichen Sehvermögen angepasste Spektralverhalten.

[Johnny Maxwell (Gast)]

> Eine Fotodiode ist im Prinzip eine kleine Solarzelle

Nicht nur im Prinzip.

[Johannes M. (johnny-m)]

Johnny Maxwell wrote:
>> Eine Fotodiode ist im Prinzip eine kleine Solarzelle
>
> Nicht nur im Prinzip.
Ja, ist ja gut...;-)

[Johnny Maxwell (Gast)]

(-;

[Läubi .. (laeubi)]

Also so?
Was für ein OPV würde sich den da anbieten?
Hätte z.B: LM2/358 (Geschwindigkeit ist nicht so kritisch, soll eher ne 
konstante Messung werden)

[Andreas K. (a-k)]

Oder so: http://www.discovercircuits.com/H-Corner/lite-freq-con.htm

[Johannes M. (johnny-m)]

> Was für ein OPV würde sich den da anbieten?
Der verwendete OPV sollte einen geringen Eingangsruhestrom haben.

> Hätte z.B: LM2/358 (Geschwindigkeit ist nicht so kritisch, soll eher ne
> konstante Messung werden)
Der LM358 hat afaik schon einen relativ geringen Eingangsruhestrom, der 
sollte also passen.

[Johannes M. (johnny-m)]

@Andreas Kaiser:
Huiii, auf solche Ideen muss man auch erst mal kommen. Interessante 
Variante...

[Andreas K. (a-k)]

Das schöne an dieser Variante ist, dass man den gesamten Bereich messen 
kann ohne mehr umschalten zu müssen als den Prescaler vom Timer des µC. 
Mit Analogwertmessung geht das nicht.

[Kai G. (runtimeterror)]

Wirklich interessant! Wie ist die ausgegebene Frequenz zu deuten? Ist 
sie proportional zu irgendwas, oder ist die Umrechnung komplizierter?

[Läubi .. (laeubi)]

Ich würde vermuten: Proportional zum Strom der Diode ;)
Naja ich habs mal aufgebaut, scheint zu Funktionieren, zumindest gibts 
mal mehr, mal weniger Impulse (meine erste Schaltung mit dem NE555 die 
auch geht LOL).
Naja in der Beschreibung steht man soll ggf noch nen FlipFlop hinter 
schalten, ist das nötig? Oder kann der AVR diese "very short pulses" 
auch so erkennen?
Leider steht da nicht WIE kurz die Impulse sind :( hatte gedacht an ICP 
oder einfach an Pulszählung im 10Sek Raster.

[Ulrich (Gast)]

Die Frequenz solle ziehmlich proportional zum Strom und damit der 
Helligkeit sein. Etwas Abweichung bei hohen Frequenzen/Strömen gibt es 
durch die Pulszeit. Da der TLC555 kaum über 1 Mhz geht, sollten die 
Pulse lang genug für den ICP Eingang sein. Man kann die durch einen 
Extra Widerstand aber notfalls auch verlängern (auf Kosten der 
Linearität).
Der NE555 solle wegen der Eingangsströme weniger für geringe Helligkeit 
geeignet sein.

Ps. Man sollte eventuell besser die Photodioden nicht an den Ausgang 
sondern nach VCC schalten, und dafür Pin7 zum Entladen nutzen. 
Zumindestens bei sehr kleinen oer großen Photodioden könnte das sonst 
probleme geben.

[Helmut -. (dc3yc)]

Hallo,

bin gerade dabei, für meine Wetterstation Beleuchtungssensoren zu bauen. 
Habe im Pronzip die Schaltung vom Läubi verwendet, nur parallel zum 
Widerstand (1-10MOhm) noch einen 100pF-Condi geschaltet (als Tiefpass). 
Als OpAmp verwende ich den TLC272, wobei der 2. noch als 
Zusatzverstärker dient.

Servus,
Helmut.

[Läubi .. (laeubi)]

Helmut -dc3yc wrote:
> Hallo,
>
> bin gerade dabei, für meine Wetterstation Beleuchtungssensoren zu bauen.
> Habe im Pronzip die Schaltung vom Läubi verwendet, nur parallel zum
> Widerstand (1-10MOhm) noch einen 100pF-Condi geschaltet (als Tiefpass).
> Als OpAmp verwende ich den TLC272, wobei der 2. noch als
> Zusatzverstärker dient.
>
> Servus,
> Helmut.

Magst du mal einen Schaltplan machen + vieleicht ne Art 
erfahrungsbericht wie es so funktioniert? :)

[Helmut -. (dc3yc)]

So, nun kommt der Schaltplan im Anhang. Da ist noch ein normaler HC4052 
drin, mir ist aber ein 74LV4052 von TI in die Finger gekommen, welchen 
ich auch noch testen möchte. Der ist speziell für Ubatt von 2-5.5V 
ausgelegt und braucht keine negative Spannung. Ansonsten tut's die 
Schaltung einwandfrei.

Servus,
Helmut.

[Sven (Gast)]

C8 gehört aber nicht zwischen Pin 5 und 6, sondern zwischen 6 und 7 
(Tiefpass). Ausserdem sollte er mit umgeschaltet werden, damit sich die 
Grenzfrequenz nicht verschiebt (ok, ist jetzt bei einer Wetterstation 
nicht sooo wichtig). Also 2M2 // 10p, 220k // 100p, 22k // 1n, 2k2 // 
10n.

[Georg (Gast)]

Sieht alles ganz nett aus. Der zweite "Verstärker" ist ein reiner 
Spannungsfolger und daher kein Verstärker.. Ich vermute mal, er dient 
zusammen mit R1 und C7 noch mal als zusätzlicher Tiefpass mit 
anschließender Impedanzwandlung um den A/D-Wandler (¿?War zu faul zum 
nachschauen.).

Soweit die Schaltung richtig analisiert?

GG

[plober (Gast)]

Johannes M. schrieb:
> Es gibt im Prinzip drei Möglichkeiten:

Auch wenn dieser Artikel schon ziemlich alt ist, passt meine Frage hier 
ziemlich gut rein.

Johannes M. schrieb:
> 1. (und einfachstens): Der Diode wird ein Widerstand parallelgeschaltet,
> an dem eine dem Fotostrom proportionale Spannung abgegriffen werden
> kann. Nachteil: Fotostrom ist u.U. sehr klein, sehr hochohmige Messung
> erforderlich, sonst geht die Linearität völlig flöten.

Hier wird wahrscheinlich die Schaltung aus dem angehängten Bild gemeint 
sein. Was ist hier der Unterschied zur Variante 3? Bei beiden berechnet 
sich die Ausgangsspannung zu U=R*Fotostrom. Mir erscheint es so, als 
würde ich bei Variante 3 nur zusätzliche Bauteile verwenden. Wo liegt 
hier der Vorteil/Unterschied?

Und was wird mit einer hochohmigen Messung gemeint? Spannungsmessungen 
sind doch immer hochohmig (im Gegensatz dazu Strommesungen niederohmig)? 
Also ganz normal mit einem Oszi oder Multimeter messen?

[Wolfgang (Gast)]

plober schrieb:
> Nachteil: Fotostrom ist u.U. sehr klein, sehr hochohmige Messung
>> erforderlich, sonst geht die Linearität völlig flöten.
>
> Hier wird wahrscheinlich die Schaltung aus dem angehängten Bild gemeint
> sein.

Die Linearität geht unabhängig von der Hochohmigkeit der Messung Flöten, 
weil der Spannungsabfall an der Bürde den Photostrom verringert 
(Sättigungseffekt). Die hohe Linearität über einen weiten 
Beleuchtungsbereich hat man nur im Kurzschlussbetrieb.

[Lurchi (Gast)]

Die Variante 3 hat auch gleich einen gepufferten Ausgang. Bei einfach 
nur dem Widerstand als Bürde ist der Ausgang immer noch hochohmig - bei 
der Messung kleiner Photoströme hat man ggf. einen Widerstand im MOhm 
Bereich.
Im Vergleich zu Widerstand und Impedanzwandler ist dann der 
Transimpedanzverstärker nicht mehr wesentlich (ggf. ein Kondensator) 
Aufwändiger.

[plober (Gast)]

Lurchi schrieb:
> Bei einfach
> nur dem Widerstand als Bürde ist der Ausgang immer noch hochohmig - bei
> der Messung kleiner Photoströme hat man ggf. einen Widerstand im MOhm
> Bereich.

Ich verstehe nicht, was das Problem an einem MOhm Widerstand ist. An 
diesem kann ich doch ganz normal mit dem Multimeter/Oszi die Spannung 
messen?

[Wolfgang (Gast)]

plober schrieb:
> Ich verstehe nicht, was das Problem an einem MOhm Widerstand ist. An
> diesem kann ich doch ganz normal mit dem Multimeter/Oszi die Spannung
> messen?

Was passiert wohl, wenn man parallel zu einem MΩ ein Oszi mit einem 
Eingangswiderstand von typisch 1MΩ schaltet und das mit dem Wert 
vergleicht, den ein eventuell deutlich hochohmigeres Multimeter anzeigt?
Hausnummern wird man messen.

[ölpel (Gast)]

Wolfgang schrieb:
> Die hohe Linearität über einen weiten
> Beleuchtungsbereich hat man nur im Kurzschlussbetrieb.

Auch im Betrieb im Sperrbereich?!? (vorausgesetzt die negative Spannung 
an der Photodiode ist konstant).

In welchem Betrieb befindet sich die Photodiode beim Bild von plober? 
Wird sie hier als Photoelement betrieben?