BPW34 et LM324 - Amplificateur transimpedance

Bonjour à tous,

Je suis débutant en Arduino et je veux faire un petit projet avec plusieurs photodiodes pour mesurer des variations de lumières dans plusieurs directions.
Pour cela, j’utilise un op-amp LM324 et 4 photodiodes BPW34 avec des résistances d’1MOhm.
Je ne récupère rien sur les 4 outputs du LM324.
Je n’arrive pas à comprendre pourquoi je ne récupère rien sur mes 4 analogs.
J’ai pourtant du courant aux bornes de chaque BPW34 qui augmentent avec la lumière (mesuré au voltmètre).
Si vous avez une idée, ça serait top.
Merci pour votre aide!

image

//millisecond delay between displaying each row
int pause = 100;

#define inPin0 0 
#define inPin1 1
#define inPin2 2
#define inPin3 3

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{  

  showPattern();
  
}

void showPattern()
{
  int pinRead0 = analogRead(inPin0);
  float pVolt0 = pinRead0 / 1024.0 * 5.0;
  Serial.print(pVolt0);
    Serial.println(); 
  int pinRead1 = analogRead(inPin1);
  float pVolt1 = pinRead1 / 1024.0 * 5.0;
  Serial.print(pVolt1);
    Serial.println(); 
  int pinRead2 = analogRead(inPin2);
  float pVolt2 = pinRead2 / 1024.0 * 5.0;
  Serial.print(pVolt2);
    Serial.println(); 
  int pinRead3 = analogRead(inPin3);
  float pVolt3 = pinRead3 / 1024.0 * 5.0;
  Serial.print(pVolt3);
    Serial.println(); 
  Serial.println(); 
              delay(pause);  
  }

Bonjour,

Je ne comprend pas trop comment ton schéma peut fonctionner.
La tension sur l’entrée - sera toujours supérieure à la tension sur l’entrée (0V) donc la sortie sera toujours à 0.
Pour que ça ait une chance de fonctionner, il faudrait que l’anode de la diode soit connectée à une alimentation négative.
Ou peut être en polarisant l’entrée + à une tension positive qui va bien.

Si ton câblage correspond bien au schéma, cela devrait fonctionner.

C’est à la sortie des amplis qu’il faudrait regarder surtout parce que c’est cette tension que va convertir l’ADC. Ta mesure coté diode risque plutôt de perturber le montage en introduisant une résistance de fuite aux bornes de la photodiode. Il ne faut pas oublier que tu travailles là avec des courant très faibles.

A noter, Fritzing peut fournir un “vrai” schéma électrique.

Bonjour Kamill,

les BPW34 créent eux même une toute petite intensité de l’ordre du microA.
Les schémas que j’a vu sur le net permettent d’obtenir en sortie Vout=R x Iphotodiode.

image

Au voltmètre en sortie d’ampli, je n’ai rien du tout en intensité et en courant.

Oui, c’est un montage qui donne bien en sortie de l’AOP une tension proportionnelle au photocourant courant dans la photodiode. Sans erreur de câblage et avec des composants en bon état correctements alimentés il fonctionne et a pour lui sa rapidité (tension nulle aux bornes de la BPW34 → faible capacité)

tes photodiodes BPW34 sont elles cablées dans le bon sens dans ton montage réel ?
(Le dessin Fritzing est , pour moi, inexploitable)

Je persiste à dire que la tension e- sera toujours >0 donc supérieure à e+ donc la sortie sera 0.
Ou as tu trouvé ce schéma?

e+ = e1 = 0 on est d’accord @kamill mais la photodiode ici n’est pas exploitée en mode photovoltaïque.

Le photocourant produit dans la BPW34 par le flux de photons incident , ne pourra pas circuler dans l’entrée e- de l’AOP, il circule donc dans la résistance de 1Mohm. On utilise alors la chute de tension qui en découle.

l’annulation de la tension aux bornes de la BPW34 (rétroaction de l’AOP) a un avantage : réduire sa capacité parasite et ainsi gagner en bande passante

(… c’est en tout ca comme cela que j’ai compris , dans les grandes lignes, de ce mode d’utilisation très particulier des photodiodes )

Cela ne peut pas fonctionner : le montage est inverseur !
Avec l’accès “plus” de l’AOP a la masse la sortie sera toujours négative.
Avec une alim simple 5V/0V la sortie sera toujours égale à 0 V.
Soit il faut une alim double (+V/-V), soit il faut connecter l’entrée “plus” à un potentiel positif.
De plus la résistance de transimpédance de 1 Mohms est complètement démesurée.

C’est ce que j’ai dit au message #2 il faut soit que l’anode de la diode soit à un potentiel négatif, soit que e+ soit polarisé positivement?

Que la photodiode soit exploitée dans n’importe quel mode, e- est >0 donc >e+ donc la sortie est à 0.

un doc sur les 2 modes de fonctionnement

https://laboiteaphysique.fr/site2/index.php/electronique/mise-en-oeuvre-dune-photodiode

l’AOP fonctionne en conversion courant-tension. (amplificateur à transimpédance)
On exploite le courant de court-circuit de la photodiode, pas la tension à ses bornes.
Dans le TP de labo ci dessus ils utilisent un AOP ayant une impédance d’entrée bien suérieure à celle du LM324

Cela va très vite sur ce sujet.
Si Rt est la résistance de transimpédance la sortie de l’ampli sera
Vs = - Rt * Iphotonique.

Donc la sortie sera négative.
La seule solution pour que la sortie ne reste pas bloquée sur le potentiel de la masse est :

  • soit alimenter l’AOP en double tension
  • soit appliquer une tension positive sur l’entrée plus afin que la sortie varie de +Vcc à 0V quand le courant photonique augmente.

Question est-ce vraiment utile d’utiliser un montage transimpédance ?
C’est un montage que j’ai pratiqué longuement professionnellement, mais dans un domaine de fréquences allant à plusieurs gigahertz où ses avantages (bande passante) l’emportent sur les inconvénients qui sont bien réels.

Est-ce vraiment utile dans le cadre de ce projet ?
N’est-il pas plus simple d’utiliser un montage plus classique en tension ?

Voici en rouge la caractéristique d’une diode. En vert la caractéristique si on éclaire une diode, elle se translate vers le bas:
diode

Quand une photodiode est éclairée, si la tension est nulle, elle crée un courant négatif.

Pas d’accord: Vs = + Rt * Iphotonique.

Pour 10 lux, le courant est de l’ordre de 1µA. Avec une résistance de Mo, on a donc 1V en sortie. La résistance est bien choisie.

Si la tension est nulle en sortie, la borne e- serait négative (tension de 1V aux bornes de la résistance), et donc la sortie va monter.

Le montage me semble correct.


La courbe de la diode est classique, c’est la même pour les panneaux solaires, sauf que du fait des montages série/parallèle, la tension à vide va être par exemple de 20V, en court-circuit on va avoir 1A, Si on se place dans la bonne oblique, on aura 12V-800mA, c’est là que le rendement est maximal.

Le montage est correct et utilisé depuis des décennies et on le trouve dans les notes d’application constructeur comme celle citée par @Artouste un peu plus haut.

Désolé mais ce que j’ai écrit est vrai.

D’abord pour le sujet on ne parle pas en lux mais en watt.
Ensuite la diode a pour caractéristique I = f(Puissance optique) la puissance étant exprimé en watt.
La conversion ampére par watt étant proche de 0,9 A/W POUR les diodes utilisées à 1,3µm ou 1,55µm, les autres à 0,9 µm je ne sais pas.

Ce montage, qui est vieux comme les débuts de l’opto électronique est vrai. Mais pour fonctionner il impose soit une alim double et une sortie négative, soit un décalage en tension sur l’entrée positive.

Il est impossible d’obtenir une tension positive en sortie alors que l’on entre sur l’entrée négative et que l’entrée positive est à la masse.

Si je parle en lux, c’est parce que Vishay Semiconductors dans sa datasheeet sur la BPW34 indique le diagramme suivant:
image
Je veux bien parler en lux, en W/cm2, mais pas en W
Dans le même pdf, on a:

Je veux bien une alim double, mais je ne vois par pourquoi la sortie pourait être négative, le courant dans la résistance entrant par la sortie de l’AOP, sortant du côté de la diode. Dans la diode le courant est négatif (Reverse Light Current), et rentre par l’anode pour sortir par la cathode.

J’acquiesce!

Bonjour 68tjs, après avoir confondu lamentablement la cathode et l’anode de la BPW34, cela marche. Pour info, j’ai une tension qui varie de 0V à 3.8V en fonction de la luminosité.

Merci fdufnews, encore faut-il ne pas être assez nul pour ne pas confondre l’anode et la cathode de la photodiode :slight_smile: cela marche maintenant avec une tension qui varie de 0V à 3.8V en fonction de la luminosité.