Názory k článku Multispektrální světelný senzor pro Arduino: vlastnosti použitých LED

1. Ze staré elektroniky člověk vydoluje podivuhodné poklady. Pojem "trashtronics" se mi líbí, řadím si ho vedle moderních konceptů upcyclingu a freeganství. Jen nezapomeňme na cenu času investovaného nejen do odpájení, ale i do případného debuggingu objevených součástek s nedefinovanou historií.

2. Bipolární tranzistor je opravdu "lepší dioda než běžná dioda", pokud jde o svodový proud v propustném i závěrném směru.

(Proč? Je to zřejmě dáno malou tloušťkou báze, která je podle mé představy za nulového napětí ve skoro celém objemu "vyžrána" z obou stran ochuzenými oblastmi z C-B a B-E přechodů. Pro záporná a malá kladná napětí do zlomků voltu je jen z báze vodivá jen velmi malá část blízko metalického kontaktu - díky tomu je minimalizován jak svodový proud, tak zotavovací doba a parazitní kapacita. Pro větší kladná napětí se postupně aktivuje celá plocha bázové oblasti a tranzistor díky tomu netrpí velkými ohmickými ztrátami. Jestli se v téhle úvaze pletu, opravte mne.)

3. Pozor na to, že přechod B-E je silněji dopovaný, takže u něj nastane lavinový průraz už kolem 5-10V v závěrném směru. Přechod B-C jde s výhodou používat jako diodu až do pracovního napětí tranzistoru a není tam pokud vím žádný háček.

4. S obyčejným tranzistorem (C945 B-E) v propustném směru a s unipolárním operačním zesilovačem o malém vstupním proudu (LMC662) můžete za pár korun postavit logaritmující ampérmetr měřící v rozsahu 300 fA - 300 mA, tedy přes dvanáct řádů. Je možné, že i některé křemíkové tranzistory budou mít svodový proud jen 3 fA, ale to se nám ani v práci naměřit zatím nepodařilo a bude s tím hodně cvičit teplota.

Uvedených 300 fA samozřejmě není absolutní limit pro měřáky malých proudů, co se dá levně ubastlit, jen je nutno nahradit křemík polovodiči se širším zakázaným pásem. Sestavil jsem po delším výzkumu logaritmující zpětnou vazbu z 1× UV-A LED v sérii s 2× IR LED a 1× Schottkyho diodou, což umožňuje spolehlivě měřit od 7 fA a zajišťuje to dost netriviální tepelnou kompenzaci. Více detailů na vyžádání.

5. Autor správně uvádí Shockleyovu diodovou rovnici. Je ale zavádějící bez dalšího předpokládat, že faktor ideality n závisí jen na "chemii" přechodu. I u křemíkové diody záleží hodně na tloušťce závěrné vrstvy (dáno dopováním), mírně na teplotě a často bohužel i na samotném proudu (rekombinace může nastávat na krystalových defektech, na elektronech+děrách v závěrné oblasti a/nebo na majoritních el/ď mimo závěrnou oblast). Převažující rekombinační mechanismus nejde vymyslet z hlavy a v datasheetu to nepíšou; například pro 1N4936 je n≈1, ale pro 1N4148 je n≈2. Pokusím se dodat data později.

Pro účely (polo)přesného měření malých proudů je každopádně třeba dobře pochopit a dobře kalibrovat I-V křivku konkrétní diody! Více detailů na http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter4/ch4_4.htm#4_4_5

Popis logaritmického ampérmetru by byl skvělý článek pro kolegy kutily co si hrají s nízko energetickou energetikou. Jak jinak měřit spotřebu obvodu během spánku (stovky nA) a aktivity (mA a více).

Je velka otazka, zda se s tim bastlit, kdyz je to za celkem rozumou cenu dostupne:
https://cz.mouser.com/ProductDetail/STMicroelectronics/X-NUCLEO-LPM01A?qs=1mbolxNpo8cN%252BsJbGWLGJQ%3D%3D

ale umi max 3.3V, coz je trochu nestastne pri pouziti LiSOCl2 / LiIon

https://cz.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/LAUNCHXL-CC1312R1/?qs=rrS6PyfT74dIN7rXUEQPXA%3D%3D
Cast s programatorem umi merit proud, trosku nestastny je SW na strane PC

K oboum je dostupny popis mereni/schema, doporucuji se podivat, neni to uplne jednoduche.

Ano. Vždy je třeba porovnat výdaje (peníze+čas) oproti zisku (zde nejen možnost měřit, ale i zkušenosti a zábava s bastlením). To si nakonec musí každý uvážit sám. Pokud zrovna nepotřebujete chytrou digitální desku nebo z nějakého důvodu upřednostňujete vlastní řešení třeba s populárnějším Arduinem/ESP32, tak může mít smysl spájet z několika součástek vlastní řešení (zde spíše jen známé učebnicové řešení).

Odkazovaná deska je zaměřena na spotřebu elektronických obvodů, a tedy údajně měří od relativně "velkého" proudu 1 nA − proud, který Clock naměří na LEDce za špatného osvětlení může být menší. Zmiňované logaritmující zapojení operačního zesilovače s tranzistorovým B-C přechodem v záporné zpětné vazbě měří* proudy 1000× menší. To trochu komplikovanější zapojení s UV-A LED měří proudy 100000× menší. Existují metody, jak počítat jednotlivé elektrony. Zde jde o to, co vlastně člověka zajímá.

*) Měřit zde znamená: převádět logaritmus (záporného) proudu na (kladný) napěťový signál 0-1 V.

Mimochodem, stovky nA už změříte s kvalitním ručkovým ampérmetrem. Je s podivem, že to běžné digitální voltmetry nedovedou, prodražilo by je to snad o pár korun.

Měření spotřeby různých drobných přístrojů je leckdy zajímavé. Jeden příklad za všechny − oblíbené digitální šupléry za dvě stovky mají tlačítko ON/OFF. Kvalitní knoflíková baterka v nich během roku chcípne, i když se šupléra skoro nepoužívá. Jakto?

Jednoduchý pokus ukázal, že levná šupléra v ON režimu má odběr 13 μA, kdežto v OFF režimu "jen" 10 μA. (Jiná šupléra z Lidlu žrala 26/26 μA bez rozdílu.) Nebylo by samozřejmě těžké do šupléry dát mechanický vypínač, ani elektronický s řádově menší spotřebou. Výrobce jen tradičně neočekával, že se podobná odrbávka projeví poklesem tržeb. A takových zařízení je spousta.

Ano, není problém rozumnějším multimetrem změřit stovky nA. Ten problém je nakreslit graf spotřeby pokud se střídá spotřeba ve stovkách nA a v desítkách mA, ten dynamický rozsah je na osciloskop moc velký.

To zapojení od ST je pěkné a jednoduché, víceméně jde o normální měření na více shunt odporech s kompenzací burden voltage.

Ale ten logaritmický měřák umožňuje použít i ostatní přístroje bez PC.

"Referenční hodnota" analogového vstupu nemůže být 1024, protože analogový vstup na Arduinu je 10bitový a tudíž nabývá hodnot 0 až 1023.

Hodnota 1023 reprezentuje rozsah napětí od (Vref - Vref / 1024) do (Vref).

Moc dobře se mi to nečetlo, ale vypadá to hodně jako to, co popsal Forrest Mims ve svých zapojeních. On tam tedy používá opamp:

https://en.wikipedia.org/wiki/Forrest_Mims#Using_LEDs_as_narrow_band_light_sensors

https://makezine.com/projects/make-36-boards/how-to-use-leds-to-detect-light/

Za měření ozónové vrstvy pomocí zařízení založené na tomto principu dostal i Rolex award: https://www.rolex.org/rolex-awards/environment/forrest-m-mims-iii

Jeste odkaz, pokud by nekdo chtel vic merit a mene si hrat: https://ams.com/spectral-sensing

AS7341 se mi vali v supliku, pokud by se tomu nekdo chtel vic venovat, tak bych ho daroval.