¿Funciona este circuito de fotodiodo?

Oli usó este circuito

en una respuesta, y también aparece mucho en las imágenes de Google. ¿Pero funciona? Si lo hace, una explicación teórica será bienvenida.

Según esto, el fotodiodo produce una corriente incluso cuando hay cero voltios a través de él; Es la corriente de cortocircuito . Tenga en cuenta que la dirección de referencia de en el diagrama de la pregunta es opuesta a la de I S C del diodo, por lo que el voltaje de salida es:$I_S$$I_{SC}$

$V_{OUT} = - I_S \cdot R_F = I_{SC} \cdot R_F$

Encontré lo anterior aquí .

Una pregunta razonable es cómo se puede producir una corriente con voltaje cero .

Recuerde que hay un campo E interno a través de la región de agotamiento incluso cuando los terminales del diodo están en cortocircuito. Brevemente, los EHP generados por la luz en las proximidades de la región de agotamiento están separados por el campo E, lo que resulta en una acumulación de carga en los lados P y N (así es como se desarrolla ). Un cortocircuito permite que una corriente restablezca el equilibrio de carga.$V_{OC}$

editado después de la respuesta de Alfred

El amplificador inversor clásico es así:

El fotodiodo creará una corriente, lo que provocará una caída de voltaje a través de la resistencia. Un opamp con retroalimentación negativa intentará igualar ambas entradas, por lo que la entrada inversora estará a 0 V, y la corriente a través de la resistencia creará un voltaje de salida positivo.

¿Por qué pensé que el otro circuito no funcionaría? Si el diodo crea una corriente, supondrá que también hay una caída de voltaje. Entonces, el voltaje en la entrada inversora sería mayor que cero, y el opamp, tratando de corregir eso, vería su salida hasta el riel negativo.

Sin embargo, el gráfico de Alfred muestra que la entrada puede ser reducida a 0 V por la salida. Requiere que el voltaje a través del diodo pueda bajar a cero, mientras todavía hay corriente. Aquí hay otro gráfico, de este documento , que confirma la respuesta de Alfred:

El circuito en su respuesta se basa en el efecto fotoeléctrico para amplificar la fotocorriente producida por el diodo con un amplificador de transimpedancia.

El circuito en su pregunta se basa en el efecto fotovoltaico, pero la dirección actual es incorrecta (considere una célula solar con un solo diodo), y solo tiene sentido con ganancia finita (es decir, con una resistencia en serie con el cátodo). También hay una fuente de fotocorriente implícita en paralelo con el diodo.

No sé qué tan eficiente sería un fotodiodo como fuente fotovoltaica, pero sospecho que no muy.

EDITAR

Pensándolo bien, R1 no es necesario ya que incluso si el diodo está en cortocircuito, la fotocorriente seguirá fluyendo (de nuevo, considere poner en cortocircuito una célula solar).

Tengo la idea del circuito a continuación de p253 circuito J, "Art of Electronics", versión 1989. La nota de aplicación Sharp también utiliza una resistencia en el + Vin para un amplificador operacional y un fototransistor, pero no explica lo que hace.

Probé el circuito a continuación con y sin la resistencia inferior: no pude ver ningún efecto cuando saqué el corto sobre la resistencia inferior: ni siquiera un cambio en la ganancia. Estoy probando a pulsos de muy bajo nivel de luz, usando diodos regulares de 850 nm y 830 nm como "fotodiodos". Obtuve una detección mucho mejor cuando el "fotodiodo" se invirtió de los diagramas de esta página. Esto probablemente es importante solo en niveles de luz bajos (menos de 1 mW / cm ^ 2). Cuando el diodo se orientó como se muestra en esta página, la salida no se invirtió, en contradicción con los comentarios de todos. Tal vez los fabricantes de fotodiodos declaran que la orientación se invierte de lo que realmente es. Un condensador de 0.0001 a 0.0047 uF sobre la resistencia de retroalimentación ayudó a reducir los picos en los pulsos, pero empeoró los picos para niveles de luz muy bajos.

El uso de un fototransistor polarizado hacia atrás de 880 nm con el amplificador operacional (figura 13 en la nota de aplicación aguda) con un diodo de 830 nm que suministra la luz funcionó aproximadamente 10 veces mejor a bajos niveles de luz que el LED de 830 nm como detector si los pulsos eran más que aproximadamente 1 ms, y si se usó un condensador sobre la resistencia de retroalimentación. Parece que es posible la detección de 0.01 mW / cm ^ 2.

El amplificador operacional es JFET para corrientes de entrada muy bajas.

No estoy seguro de si esto ayuda, pero acabo de probar el siguiente circuito en una placa de prueba y funciona bien. La sensibilidad no es excelente, necesita un poco de luz para registrar cualquier cosa y la respuesta no es lineal, pero definitivamente mide la cantidad de luz que le ilumina el LED blanco. La resistencia afecta la sensibilidad, más resistencia = más sensible: lo modifiqué hasta que era como lo quería, en algún lugar alrededor de 100k-300k, creo.

El voltaje en la salida alcanza un máximo de alrededor de 4v, pero creo que es una limitación de LM358.