Ciao a tutti ragazzi. Ho scritto un tutorial sulle proprietà fotoresistive e di aumento della capacità in caso di polarizzazione inversa di un LED.
Come strumento di analisi ho usato una semplice porta analogica di Arduino.
Ho scritto cio' per dimostrare a Uwe e agli altri miscredenti questa possibilità.
Come potete vedere il LED puo' essere utilizzato come fotoresistenza. Sarebbe interessante chiarire il principio fisico alla base che fa si che la tensione in uscita dal polo positivo del LED sia maggiore di quella in entrata dal polo negativo. In qualsiasi caso funziona.
Per chi conosce il charlieplexing e ha lavorato con le matrici di LED salterà di certo in mente la possibilità di poter creare una superficie touch senza dover fare modifiche .
gbm:
Come potete vedere il LED puo' essere utilizzato come fotoresistenza. Sarebbe interessante chiarire il principio fisico alla base che fa si che la tensione in uscita dal polo positivo del LED sia maggiore di quella in entrata dal polo negativo. In qualsiasi caso funziona.
Il led non è che diventa una fotoresistenza se illuminato, diventa un vero e proprio generatore di corrente, è una macchina reversibile, se lo attraversa la corrente emette luce, se riceve luce emette corrente, è per questo motivo che ti sembra di misurare una tensione maggiore.
Un normale led emittore di luce è poco efficiente come generatore di corrente quando riceve luce, a differenza dei fotodiodi dove viene esaltata la seconda caratteristica, maggiore efficienza, a discapito della prima, emissione di luce.
Più in generale tutti i semiconduttori sono fotosensibili e/o fotoemittenti, anche se poi il comportamento varia a seconda dei materiali usati per drogare il silicio.
No astrobeed scusa è diverso. In questo caso non lo stiamo utilizzando come fotodiodo percependo la tensione prodotta... ma stiamo facendo percorrere il LED da una tensione inversa da quella di alimentazione, e in qualsiasi caso la tensione che percepiamo è maggiore di quella in arrivo. Un LED al sole produce 1.5 volt, un LED al sole percorso da 3.3v all'inverso produce 7 volt a un amperaggio minore.
Se vogliamo percepire la tensione prodotta dal LED colleghiamo + LED -> analog 0 e - LED -> GND arduino.
In questo caso colleghiamo il + del LED a 3v3 e il - a analog 0.
Come vedi la tensione prodotta dal LED, grazie alla sua capacità di trasformare la luce in elettricità in questo caso non puo' essere rilevabile.
Per qualche motivo a me ignoto si comporta cosi'
gbm:
No astrobeed scusa è diverso. In questo caso non lo stiamo utilizzando come fotodiodo percependo la tensione prodotta... ma stiamo facendo percorrere il LED da una tensione inversa da quella di alimentazione
Un fotodiodo, o un led illuminato, è un generatore di corrente con un flusso inverso rispetto alla polarità del diodo, non è un generatore di tensione.
La tensione che misuri è data dalla differenza di potenziale tra la tensione che applichi sulla resistenza, che deve essere abbastanza alta, e la caduta indotta sulla stessa dalla corrente che vi scorre, quanta corrente dipende da quanta luce riceve il fotodiodo/led.
Un fotodiodo, o un led illuminato, è un generatore di corrente con un flusso inverso rispetto alla polarità del diodo, non è un generatore di tensione.
Senti, lasciando perdere la nomenclatura, produce elettricità
Secondo i miei esperimenti il flusso di elettricità prodotta dal LED gira nello stesso senso di quello di alimentazione.
Con il tester in questo istante: polo positivo tester polo positivo led gnd tester gnd led = +0.8v prodotta esattamente come se fosse un pannello solare
Invece connettendo - LED + batteria 1.5v, polo positivo tester a + LED e polo negativo tester a - batteria, ottengo 3 e qualcosa variabile in base alla luce che lo colpisce.
La tensione che misuri è data dalla differenza di potenziale tra la tensione che applichi sulla resistenza, che deve essere abbastanza alta, e la caduta indotta sulla stessa dalla corrente che vi scorre, quanta corrente dipende da quanta luce riceve il fotodiodo/led.
Visto che l'elettricità prodotta dal LED in rapporto alla luce è irrisoria e in direzione opposta rispetto a quella applicata, come è possibile che incida nel flusso con una variazione del 70 / 80% in rapporto alla luce incidente?? E poi, di che resistenza stai parlando? Io non utilizzo resistenze.
Concludo sottolineando che non sto sboroneggiando, vorrei chiarire seriamente un aspetto che secondo me non è chiaro.
gbm:
Ho scritto cio' per dimostrare a Uwe e agli altri miscredenti questa possibilità.
gbm, non fraintendere; non ho negato che funziona usare un LED come ricevitore funzioni. Dico che i LED sono fatti per emanare luce non per riceverla e percui sono ottimizzati per questo. Un fotodiodo ha una superfice attiva piú grande e percui é piú sensibile. Un fototransistore, visto che la luce viene usata come pilotaggio della base ha un segnale di uscita (corrente collettore) maggiorato dal "guadagno di corrente" del trasistore.
Come sempre nel elettronica tante cose funzionano per fare una certa cosa, alcune meno bene di altre.
Ciao Uwe, grazie della risposta. Non sono completamente d'accordo con la tua idea, o almeno i miei esperimenti dimostrano che i LED blu e IR hanno una sensibilità nettamente maggiore di qualsiasi fotodiodo, fototransistor o fotoresistenza che ho trovato sul mercato.
Infatti, tolti i sensori ERER hai mai visto un sensore di distanza con fotodiodi, fototransistor o fotoresistenze con 1.5m di range?
Fotodiodi non si comportano come fotoresistenze; fotodiodi producono corrente che é proporzionale alla luce ricevuta. Il fatto che un tester legge una corrente come variazione di corrente é dato dal modo come misura resistenze.
Scusami Gio ma stai dicendo cose non corrette, ti faccio un copia e incolla dalla pagina Wikipedia relativi ai fotodiodi, è fatta abbastanza bene, dove trovi la spiegazione del perché un fotodiodo/led illuminati e polarizzati in inversa sono dei generatori di corrente e non delle resistenze variabili.
L'unica resistenza nel tuo circuito di test è l'impedenza del multimetro, e la tensione che leggi è quella data dal prodotto di questa resistenza e la corrente che vi scorre dovuta all'effetto fotoelettrico del led illuminato.
Dato che il led è un generatore è normale che la tensione può risultare maggiore di quella della batteria, se era una resistenza, come sostieni, è fisicamente impossibile che misuri una tensione maggiore di quella della batteria che risulterebbe essere l'unico generatore del circuito.
Il circuito equivalente del tuo test è un generatore di tensione (la batteria) in serie ad un resistenza (il multimetro) in serie, e richiuso sul generatore di tensione, ad un generatore di corrente (il led), come se non bastasse il generatore di corrente è del tipo dipendente visto che è legato ad un parametro esterno (la luce).
Polarizzazione inversa
Il fotodiodo opera correttamente se polarizzato in inversa, e cioè se la tensione ai propri terminali si presenta più alta nella zona n che nella zona p.
In questo caso, il campo elettrico di built-in, presente in tutti i dispositivi a giunzione, tenderà ad aumentare di intensità favorendo la creazione di una
zona di svuotamento (depletion region).
Questa regione svuotata può essere considerata come una zona resistiva oppure come una zona neutra. Nel momento in cui un fotone incide sulla
superficie del fotodiodo, l'energia, data dall'equazione Eg = h? se sarà maggiore del bandgap tra banda di valenza e banda di conduzione del
dispositivo, causerà la creazione di una coppia elettrone-lacuna libera (EHP). Una EHP libera consiste in un elettrone eccitato in banda di conduzione ed una lacuna in banda di valenza. Una volta generata la coppia, essa sarà soggetta al campo elettrico generato dalla differenza di potenziale
applicata. L'elettrone sarà quindi spontaneamente attratto verso la zona n mentre la lacuna verso la zona p. A causa della presenza di una coppia elettrone-lacuna nella zona svuotata, la regione non sarà più neutra. Non essendo più neutra. il dispositivo compenserà questa situazione con un
movimento di elettroni-lacune prelevati dal generatore di polarizzazione, causando così la presenza di una fotocorrente inversa che rappresenta il segnale elettrico prodotto dall'incidenza del fotone.
Mmm...tendo a sottolineare che sto cercando costruttivamente di raggiungere una verità e non di portare avanti la mia opinione ciecamente :
Se hai tempo prendi un led e Arduino, collega - LED a + 3v3 e + LED a analog0. Otterrai una tensione variabile in rapporto alla luce incidente.
In questo caso stai percependo una tensione opposta alla "normale" tensione prodotta dal LED per la sua proprietà fotovoltaica.
Di conseguenza secondo me l'aumento di tensione in uscita non ha alcuna relazione con cio'.
In questo caso, il campo elettrico di built-in, presente in tutti i dispositivi a giunzione, tenderà ad aumentare di intensità favorendo la creazione di una
zona di svuotamento (depletion region). Questa regione svuotata può essere considerata come una zona resistiva oppure come una zona neutra. Nel momento in cui un fotone incide sulla superficie del fotodiodo, l'energia, data dall'equazione Eg = h? se sarà maggiore del bandgap tra banda di valenza e banda di conduzione del
dispositivo, causerà la creazione di una coppia elettrone-lacuna libera (EHP). Una EHP libera consiste in un elettrone eccitato in banda di conduzione ed una lacuna in banda di valenza. Una volta generata la coppia, essa sarà soggetta al campo elettrico generato dalla differenza di potenziale applicata. L'elettrone sarà quindi spontaneamente attratto verso la zona n mentre la lacuna verso la zona p. A causa della presenza di una coppia elettrone-lacuna nella zona svuotata, la regione non sarà più neutra. Non essendo più neutra. il dispositivo compenserà questa situazione con un movimento di elettroni-lacune prelevati dal generatore di polarizzazione, causando così la presenza di una fotocorrente inversa che rappresenta il segnale elettrico prodotto dall'incidenza del fotone.
Se questa regione svuotata puo' essere considerata come una zona resistiva o neutra e smette di essere neutra quando un fotone collide e causa la creazione di un elettrone-lacuna....
Ma cmq non la definirei "fotocorrente" visto che, fondamentalmente sono elettroni-lacuna prelevati dal generatore di polarizzazione, quindi i nostri 3v3.
E' per questo che parlo di fotoresistenza, perchè permette o no il passaggio dell'elettricità della fonte di polarizzazione inversa, in rapporto ai fotoni che lo colpiscono.
gbm: E' per questo che parlo di fotoresistenza, perchè permette o no il passaggio dell'elettricità della fonte di polarizzazione inversa, in rapporto ai fotoni che lo colpiscono.
Non è la stessa cosa, una fotoresistenza è un elemento passivo che fa passare più o meno corrente in funzione della quantità di luce, un fotodiodo è un elemento attivo che genera più o meno corrente, con un limite alla tensione massima, in funzione della quantità di luce.
Anche se ad una analisi superficiale una fotoresistenza sembra produrre gli stessi effetti di un generatore di corrente la differenza, ma anche gli effetti, è macroscopica e non sono assolutamente assimilabili in alcun modo.
Il fotodiodo non consente alla corrente di passare, la genera.
Nel test che proponi c'è qualcosa che non quadra, se collego A0 al pin 3.3V di Arduino misura sempre e solamente 3.3V fino a che non sovra carichi il generatore di tensione, p.e. richiedi troppa corrente o gli fai assorbire corrente (tensione maggiore di 3.3V).
Collegare direttamente il led contropolarizzato tra GND e +3.3V non è una cosa saggia, non ti si rompe, appena riceve abbastanza luce, solo perché il generatore a 3.3V di Arduino fornisce al massimo 50mA, poi si siede.
Se ti vai a leggere il datasheet di un qualunque fotodiodo trovi la curva corrente in funzione della quantità di luce, non c'è quella della resistenza, o della tensione, in funzione della luce, per la tensione trovi solo la curva in funzione della corrente(luce), cioè il massimo valore di tensione ammesso in funzione della corrente generata.
Allora il collegamento è il seguente: (per fare chiarezza)
+3v3 -> va a - LED invece analog0 -> va a LED +
di conseguenza tu stai polarizzando inversamente il LED, la tensione percepita dalla porta analogica non è elettricità prodotta fotoelettricamente, ma secondo me piuttosto è parte dell'elettricità provienente da 3v3, che supera la barriera del diodo, tutto cio' relativamente alla luce incidente. Uno degli indizi è anche il fatto che questa tensione percepita è decisamente maggiore a 3v3. Per esempio senza troppi problemi si raggiunge 1023, cosa assolutamente impossibile con la sola elettricità prodotta elettricamente (che non raggiunge i 2 volt per LED).
Il fotodiodo non consente alla corrente di passare, la genera.
Non sono d'accordo.
Proprio lo stralcio postato da te prima dice che, quando il LED è polarizzato inversamente, se colpito da fotoni, permette il flusso dell'elettricità che lo polarizza.
Leggendo su wiki trovo anche:
La regione di carica spaziale presenta un comportamento capacitivo non lineare. Questo è dovuto al fatto che la carica presente dipende dalla tensione, ma con una proporzionalità non lineare. Infatti variando la tensione, varia la larghezza della regione, e quindi la carica, ma secondo una radice della tensione.
Cosa che parzialmente spiegherebbe l'aumento di tensione inaspettato.
Bellissimo se è cosi' con una manciata di LED si puo' fare uno step up fotoregolabile hahahahah.... chiaro c'è da valutarne l'efficienza
Ti prego Astrobeed, quando puoi provi!?
Sono sicuro che hai maggiori possibilità di me di capire cosa succede la dentro
gbm:
Ti prego Astrobeed, quando puoi provi!?
Sono sicuro che hai maggiori possibilità di me di capire cosa succede la dentro
Mi devi spiegare come è possibile che misuri una tensione diversa da 3.3V con il collegamento che dici di fare, nell'immagine allegata ho disegnato lo schema equivalente secondo le due interpretazione, quella che il diodo è una fotoresistenza e quella che è un diodo e come tale si comporta.
In tutti e due i casi la tensione su A0 rimane sempre e comunque 3.3V a meno che non "sforzi" il generatore di tensione di Arduino, max 50 mA, oltre i suoi limiti, il che vuol dire che stai facendo qualcosa di sbagliato
Ok, avevo interpretato male come colleghi il led, colpa della fretta
Il comportamento che rilevi è più che normale, non c'è nessun mistero, il led collegato in quel modo si comporta da generatore di corrente e ti va a caricare la capacità del sample/hold del ADC tramite la poca corrente che può fornire, parliamo di qualche decina di uA.
Ci vogliono diversi cicli di campionamento affinché sia possibile caricare il condensatore, cosa che ho spiegato più di una volta relativamente all'impedenza minima in ingresso all'ADC per consentire la misura, e il tuo video ne è la dimostrazione pratica, ed ecco perché serve diverso tempo prima che misuri correttamente la variazione di tensione in ingresso nelle varie condizioni di luce.
Arrivi a misurare una tensione maggiore perché comunque il led ha una d.d.p. ai suoi capi (per ovvi motivi visto che un generatore di corrente eleva la tensione fino al suo massimo, qualche volt per i fotodiodi, per far scorrere la corrente), il verso della d.d.p. è allineato con quello del generatore a 3.3 V e l'adc misura la somma delle due tensioni.
Quindi secondo te è la somma delle due tensioni, 3v3 + 1 e qualcosa del LED.
A questo punto quindi è chiaro che parte della corrente in arrivo è del 3v3.
Quindi piu' luce colpisce il LED + elettricità scorre da 3v3 a analog0 (sommata alla corrente prodotta fotoelettricamente).
Come specifichi un elemento fotovoltaico?
Ciao Uwe
Scusa nella foga mi sono perso questa risposta. Cosa intendi dire?
Cmq forse abbiamo chiarito la cosa, grazie alla delucidazione di Astrobeed.
Piu' che altro trovo che questa configurazione sia interessante per la possibilità di percepire la luce ambientale selettivamente da qualsiasi elemento di una matrice chiarlieplexata, aprendo infinite possibilità nell'ambito dell'interaction design.
gbm:
Quindi piu' luce colpisce il LED + elettricità scorre da 3v3 a analog0 (sommata alla corrente prodotta fotoelettricamente).
Più luce arriva al led e più corrente può generare, la tensione ai suoi capi è solo l'effetto secondario del generatore di corrente, tieni presente che quando il sample&hold è chiuso l'impedenza è enorme, quando si apre devi fornire corrente al suo condensatore e quella che può dare il led è troppo bassa per caricarlo, cioè portarlo al giusto livello di tensione, nel breve intervallo, pochi us, del campionamento.
Con i led blu hai apparentemente una migliore sensibilità solo perché possono raggiungere una tensione maggiore rispetto a quelli rossi, comunque confermo al 100% quello che ha detto Uwe, nessun led normale può funzionare meglio di un fotodiodo, l'efficienza è nettamente maggiore in quest'ultimi, e si parla come minimo di 10-20 volte per arrivare anche a 1000-10000 volte con i fotodiodi più sensibili come quelli ad effetto valanga.
Il LED, come il fotodiodo é simile a un elemento fotovoltaico (anche di dimensioni molto ridotte, sotto il mm2. Produce tensione e percui correre su una resistenza una corrnte.
Con un tester digitale (Fluke 87) e un led blu al sole misuro 2,2V ma solo 0,1µA.
La fotoresistnza non genera tensione, varia la resistenza con la luce.
Per questo dico che un LED non funziona come una fotoresistenza.
