1.3 Датчик

По заданию датчик BPW34 является фотометрическим, имеет максимальную чувствительность в красной и ИК областях спектра. Представляет собой фотодиод. Фотодиод имеет гораздо более высокую эффективность преобразования, чем ячейки солнечной батареи. Используется в случаях, когда нужен датчик очень маленьких размеров. Его техничесские характеристики:

Наименование	BPW34
Тип	PIN фотодиод
Угол 2Θ1/2 °	130
Длина волны, нм	900
Диапазон волн, нм	600 - 1050
Максимальный темновой ток коллектора, нА	30
Материал	кремний
Макс. раб. частота, кГц	2500
Диапазон рабочих температур, °С	-55…+100
Площадь чувствительного элемента, мм2	7.5

Рис.3 Датчик BPW34 в корпусе

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную областьсветвэлектрический зарядза счёт процессов вp-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана нафотовольтаическом эффекте(разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд иЭДС), называетсясолнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов ифототранзисторов.

1.3.1 Схема подключения датчика к микроконтроллеру

Так как аналогово-цифровой преобразователь (далее АЦП) микроконтроллера может измерить напряжение и относительно опорного напряжения в 5В. Учитывая этот момент было принято схемное решение, рекомендованное во многих учебниках описывающих работу с операционными усилителями (далее ОУ).

Рис. 4. Схема соединения датчика

При таком варианте включения датчик работает в режиме короткого замыкания. Так как ОУ сохраняет одинаковый потенциал на своих выходах, следовательно на входах дифференциального усилителя сохраняется напряжение близкое к нулю. При этом ОУ имеет маленький входной ток, что обусловлено большим входным сопротивлением, а ток на сопротивлениях обратной связи практически равен току короткого замыкания фотодиода, но обратно по направлению. Следуя этому выводу выводим формулу расчета выходного напряжения первого каскада:

U = R_n-I

Где: R - сопротивление обратной связи дифференциального усилителя I - ток, формируемый фотодиодом

Второй каскад – это неинвертирующий усилитель с регулируемым посредством подстроечного резистора коэффициента усиления, которое меняется в пределах от 1 до 11. Тем самым схема прикрывает пределы измерения в 50, 500, 5000 и 50000лк, при выходном напряжении 5В. Пользователь при необходимости сам сможет поменять пределы измерения, изменив номиналы резисторов.

Из графика ниже следует, что линейность характеристик после 10000 лк производитель не гарантирует, вероятно при этом уровне начинается насыщение.