Мысли собрать датчик освещенности, чтобы посмотреть на всякие лампочки, часто всплывали в голове. Но хотелось сделать что-то на фотодиоде, а попадались сплошь фоторезисторы, поэтому мысли откладывались (да, да, не ленюсь делать, а нет нужной детали :)
Как-то нашла при уборке фотодатчик от какого-то аппарата, судя по наименованию на плате, от OKI. Ну, думаю, раз попалась, надо потестить.
Запитывать её можно напряжением 4-36 В (такой диапазон питания операционника), думаю, в аппарате было напряжение питания 24 В.
Схема в данном датчике стандартная, состоит из фотодиода и преобразователя тока в напряжение на ОУ. Повторить такую не составит большого труда :)
Срисовала её с платы, вышло как-то так:
Работает схема весьма просто:
Если освещать фотодиод, в нем начинает течь обратный ток (фототок), пропорциональный световому потоку. Фототок преобразуется в напряжение схемой преобразователя тока в напряжения на ОУ.
Операционные усилители стремятся сделать сигналы на неинвертирующем и инвертирующем входах равными, чтобы их разность была равна нулю. Поэтому, если неинвертирующий вход подключить к земле, то инвертирующий станет как бы равной ему виртуальной землей.
ОУ будет выдавать на выходе такое напряжение, чтобы ток, протекающий через резистор обратной связи (втекающий в виртуальную землю), был равен обратному току фотодиода (вытекающему из виртуальной земли).
Поэтому напряжение на выходе будет равно:
Обычно для усилителей для фотодиодов используются ОУ с полевыми транзисторами на входах - у них и сопротивление входное больше (измеряемый ток будет меньше "утекать" в ОУ), и ток смещения меньше (опять же меньше влияния на измеряемый ток). В датчике как раз такой ОУ (CA3140) и используется.
Обратный ток у фотодиода прямо таки микроскопический (ну, смысле, микроамперный :), поэтому сопротивление в обратной связи I-U преобразователя должно быть огромным.
В данном датчике коэффициент преобразования больше миллиона... Пришлось бы ставить резистор на 1,13 МОм.
Как известно, чем больше сопротивление резистора, тем больше у него тепловой шум. Поэтому, чтобы меньше зашумлять измеряемый сигнал фотодиода, тут применили Т-образное включение резисторов.
Оно позволяет добиться большого сопротивления меньшими номиналами:
Конденсаторы в 1 нФ, установленные параллельно обратной связи, увеличивают устойчивость ОУ.
Кондер на 1,5 мкФ гасит помехи по питанию.
Так-с, со схемой немного разобрались, теперь немного осциллограмм для разных светильников, до которых я дотянулась с осциллографом и удлинителем.
Лампа накаливания
Люминесцентные лампы с электромагнитным балластом
Дешевые светодиодные лампы с линейным драйвером
Монитор с люминесцентной подсветкой
Монитор со светодиодной подсветкой
Парочка смартфонов
Как и ожидалось, самые большие пульсации у люминесцентных ламп, а самые малые - у качественного светодиодного источника света.
К найденной схеме еще бы один усилитель добавить, чтобы сигнал побольше был, ну, да ладно.
Может, когда-нибудь сделаю схему фотодатчика с фоторезистором, детальки заготовлены, и расчет на листочке выполнен... Но это уж другая история :)
Парочка статей про светильники вдогонку: