Comment utiliser des LED pour détecter la lumière, faire
Étant donné qu'un récepteur téléphonique électromagnétique peut doubler comme un microphone, peut un détecteur de lumière à semi-conducteur à double comme un émetteur de lumière?
Cette question était sur mon esprit quand j'étais époque je ne haute école secondaire en 1962. ne sait que les effets quantiques dans un semi-conducteur ne sont pas liés au fonctionnement électromagnétique d'un récepteur téléphonique. Si je l'avais su, je ne l'aurais jamais connecté une bobine d'allumage à travers les fils d'un photorésistance de sulfure de cadmium pour voir si elle émet de la lumière. Il a fait - une lueur verte douce ponctuée de flashes lumineux de vert.
Au cours de l'université, je trouve que une cellule solaire au silicium relié à un générateur d'impulsions de transistor émis des éclairs de l'infrarouge invisible qui peut être détecté par une seconde cellule solaire. En 1972, je LED proche infrarouge et des diodes laser pour envoyer et recevoir des signaux vocaux, à travers l'air et à travers des fibres optiques. Plus tard, j'expérimenté avec optocoupleurs dans les deux sens faites par l'enregistrement d'une paire de diodes électroluminescentes ensemble afin qu'ils confrontés les uns les autres.
Pourquoi utiliser des LED en tant que capteurs?
photodiodes de silicium sont largement disponibles et peu coûteux. Alors, pourquoi utiliser des LED comme des capteurs de lumière?
- LED détectent une bande étroite de longueurs d'onde, ce qui explique pourquoi je les appelle photodiodes sélectifs spectralement. Une photodiode de silicium a une très large réponse spectrale, environ 400 nm (violet) à 1,000nm (invisible proche infrarouge), et nécessite un filtre coûteux pour détecter une longueur d'onde spécifique.
- La sensibilité de la plupart des LED est très stable au fil du temps. Ainsi, sont des photodiodes de silicium - mais les filtres ont durée de vie limitée.
- Les LED peuvent à la fois émettre et détecter la lumière. Cela signifie une liaison optique de données peut être établie avec une seule LED à chaque extrémité, depuis des LED d'émission et de réception séparés ne sont pas nécessaires.
- Les LED sont encore plus peu coûteux et largement disponible que photodiodes.
Des leds Désavantages Capteurs de lumière
Aucun capteur est parfait.
- LED ne sont pas aussi sensibles à la lumière, car la plupart des photodiodes au silicium.
- Les LED sont sensibles à la température. Cela peut poser un problème pour les capteurs extérieurs. Une solution consiste à monter un capteur de température à proximité de la DEL de sorte qu'un signal de correction peut être appliqué en temps réel ou lorsque les données sont traitées.
- Certaines LED j'ai testé ne perdent progressivement leur sensibilité.
LED Couleurs spécifiques de Detect Lumière
L'œil humain typique répond à la lumière avec des longueurs d'onde d'environ 400 nm (violet) à environ 700 nm (rouge). LED détectent une bande beaucoup plus étroite de la lumière, ayant une sensibilité maximale à une longueur d'onde légèrement plus courte que la longueur d'onde de crête qu'elles émettent. Par exemple, une LED avec une émission de pointe dans le rouge à 660nm répond le mieux à la lumière d'orange à 610nm.
La largeur spectrale de la lumière émise par les LED typiques bleu, vert et rouge est comprise entre environ 10 nm-25 nm. Proche IR LED ont une largeur spectrale de 100 nm ou plus. La sensibilité de la plupart des LED que j'ai testé fournit un chevauchement suffisant pour détecter la lumière d'une LED identique.
La figure A montre la réponse spectrale du bleu 7, les DEL vertes, rouges et proche infrarouge qui remplacent les photodiodes au silicium et les filtres habituels dans mon Multi-filtre modifié rotatif Shadowband Radiometer, utilisé pour la spectroscopie solaire.
Bleu et la plupart des LED vertes sont fabriqués à partir de nitrure de gallium (GaN). Les DEL rouges brillants sont fabriqués à partir d'arséniure de gallium d'aluminium (AlGaAs). Les DEL utilisées dans les contrôleurs à distance proche infrarouge sont également des dispositifs de AlGaAs; leur pic d'émission est d'environ 880 nm et la détection de pic autour de 820 nm.
Âgés télécommandes utilisées arséniure de gallium compensée par du silicium (Si): GaAs. Ces LED émettent à environ 940nm, ce qui les rend idéal pour détecter la vapeur d'eau, mais ils sont devenus très difficiles à trouver.
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Cela ne concerne pas les LED blanches, qui sont des diodes électroluminescentes émettant dans le bleu revêtus d'une substance fluorescente qui brille jaune et rouge lorsqu'il est stimulé par le bleu de la LED. La fusion du bleu, jaune et rouge fournit une lumière blanche. Alors qu'une LED blanche peut détecter la lumière bleue, une LED bleue est un bien meilleur choix.
Circuits de base du capteur LED
Vous pouvez remplacer une LED pour une photodiode norme de silicium dans la plupart des circuits. Assurez-vous de respecter la polarité. De plus, rappelez-vous que la LED est pas aussi sensible que la plupart des photodiodes standard et répondra à une bande beaucoup plus étroite de longueurs d'onde de lumière.
Pour de meilleurs résultats, utilisez LED encapsulées en époxy clair et essayer quelques expériences d'abord. Ils vous aideront à comprendre comment l'angle de détection d'une LED utilisée comme capteur correspond à son angle d'émission lorsqu'il est utilisé comme source de lumière:
- Utiliser des coupleurs standard pour fixer les LED à fibre optique en matière plastique, ou de les joindre directement en utilisant cette méthode (figure B): aplatir la partie supérieure de la LED avec un fichier, serrer solidement, et portait soigneusement un petit trou juste au-dessus de la puce d'émission de lumière . Insérez la fibre et le ciment en place.
- Connecter les fils d'un rouge clair ou encapsulé quasi-IR LED à un ensemble de multimètre pour indiquer courant. Pointez la LED vers le soleil ou une lumière incandescente brillante, et le compteur indique un courant (Figure C).
- Utiliser une LED pour alimenter une seconde LED. Connectez l'anode et la cathode de 2 fils rouge super brillante clair encapsulées LED. Quand une LED est éclairée par une lampe de poche, la deuxième LED brillera. gaine thermorétractable est placé sur la LED incandescent pour bloquer la lumière provenant de la lampe de poche. Vous pouvez voir ce travail sur la photo en haut de l'article.
Les LED ont une beaucoup plus petite surface sensible à la lumière que la plupart des photodiodes au silicium, de sorte qu'ils sont plus susceptibles d'avoir besoin d'amplification. amplificateurs opérationnels bon marché sont idéales. Figure D représente un circuit simple, j'utilise souvent pour convertir le photocourant à partir d'une LED en une tension proportionnelle. La seule offre Linear Technology LT1006 op-amp (IC1) fournit par rapport à l'intensité de la lumière entrante une tension de sortie qui est linéaire presque parfaitement. Le gain ou amplification est égale à la résistance de la résistance de contre-réaction (R1). Ainsi, lorsque R1 est 1.000.000 ohms, le gain du circuit est 1000000. Le condensateur C1 empêche l'oscillation.
De nombreux autres amplis op peuvent être substitués pour le LT1006, mais la plupart d'entre eux ont besoin d'une alimentation à double polarité. Si vous utilisez un de ces derniers, connectez la broche 4 directement à l'alimentation négative. Raccorder la broche 3 et la cathode de la LED à la masse (la jonction entre le côté négatif F de l'alimentation positive et le côté positif de l'alimentation w moins).
Aller plus loin
La meilleure façon de trouver de nouvelles applications pour les LED fonctionnant comme photodiodes est d'expérimenter avec les applications que je viens de décrire. Quand je faisais cela dans les années 60, je ne savais pas ces simples expériences conduiraient à une communication bidirectionnelle sur une seule fibre optique et plusieurs types d'instruments pour mesurer l'atmosphère que je me sers depuis plus de 23 ans.
Pour plus des articles et des livres de Forrest M. Mims III concernant « LED comme photodiodes », s'il vous plaît visitez forrestmims.org/publications.html.