Montage de LED comme photodiode

Une photodiode peut être remplacée tout simplement par une LED. Ce petit montage prouve la propriété de photodiode qui existe dans la plupart des LED. On pourra tester différentes LED et évaluer leur caractéristiques en tant que photodiode.

Pour tester une LED en photodiode, un tout petit montage banc de test conviendra à merveille ! L'intérêt est de pouvoir comparer différentes LED et les tester très rapidement.

Montage de LED en photodiode

Voici le montage le plus simple pour tester la propriété "photodiode" d'une LED :

Montage de LED en photodiode

Lorsqu'on mesure la tension aux bornes d'une LED éclairée (par une lampe, la lumière du jour, ou même un écran de PC), on voit apparaître une tension allant jusqu'à 1,5 Volt. Pour rendre plus répétable la mesure et la photodiode linéaire, il faut ajouter en parallèle une résistance. La tension aux bornes de la résistance est l'image du photocourant généré par la ... LED.

C1 forme un filtre passe bas avec R1. Avec R1=10MOhm et C1=4,7nF, on obtient une fréquence de coupure de 3,4Hz, ce qui rejette bien le 50Hz environnant (autant en parasites qu'en variations lumineuses de l'éclairage électrique).

Le voltmètre ne doit pas être à aiguille à cause de son impédance d'entrée trop faible. Il doit être numérique.

Tester plusieurs LED comme photodiode

Dans un sachet de LED identiques, aucune n'aura la même caractéristique en photodiode (dans un rapport de 1 à 2 environ. En effet, le fabricant ne s'engage pas du tout sur cette caractéristique parasite qui fait d'une LED une (mauvaise) photodiode. La seule solution, c'est de les tester une par une pour les trier.

Conditions de test et angle de vue de la LED

La LED doit être orientée vers une surface de luminosité homogène, et constante. Sinon une petite variation de position de la LED sur le testeur entraînera une grande variation lumière captée, et donc de tension affichée. Un plafond blanc éclairé en éclairage indirect fait l'affaire. Posé sur une table ou une commode, un projecteur de jardin de 500 Watt convient très bien. Une forte luminosité ambiante permet de ne pas être influencé par la luminosité qui viendrait d'une fenêtre et qui peut fluctuer (soleil, nuages, etc).

Trier 1000 LED

On souhaite 1000 photodiodes pour un montage de grande ampleur. Le plus économique consiste à acheter 1000 LED et les caractériser en termes de photodiode. Sur un paquet de 1000 LED, on peut les trier (compter 5 secondes par LED environ : prendre la LED du sachet, la placer sur le support banc de test, lire la tension du voltmètre puis la mettre dans le bon bac).

Test de LED comme photodiode

Banc de test pour LED : 57,1 mV obtenus aux bornes de la LED

Ce banc de test est formé d'un bout de circuit imprimé, d'un support pour circuit intégrés (là où vient la LED à tester), une résistance 10 MOhm, un condensateur 4,7nF et 2 fils qui vont au voltmètre.

Classement des LED selon la tension affichée (leur "gain")

Les LED les plus extrêmes en valeur pourront être rejetées car trop peu nombreuses dans leur genre. Ce sont les queues de distributions statistiques.

Compensation des différences entre LED

On pourra ensuite compenser les "gains" des LED photodiodes en jouant sur le gain d'un ampli op non inverseur. Une photodiode produisant une tension plus faible sera associée à un gain d'ampli plus élevé.

Ampli TL072 et LED utilisée en photodiode

Montage de plusieurs TL072 pour plusieurs LED photodiodes

Choix du gain de l'amplificateur

Le gain doit être inversement proportionnel à la valeur de tension mesurée.

Exemple : gain de 30 avec LED photodiode "60mV" et gain de 45 avec LED photodiode "40mV"

Comme le gain d'un ampli non inverseur est environ inversement proportionnel à la résistance R2 (pied de pont), la résistance R2 est déterminée proportionnellement à la valeur mesurée de la photodiode.

On peut ainsi exploiter 700 à 800 LED du sachet de 1000 LED et réaliser autant de cellules photodiodes très proches en gain entre luminosité captée et tension en sortie d'ampli op.

Temps de réponse du montage

La constante de temps est égale à R1 x C1 = 10 MOhm x 4.7nF = 0.047s

On peut modifier la valeur de C1 à sa guise.

Conclusion

Dans un sachet de 1000 LED, la majorité des LED a pu être exploitée en photodiodes grâce à la compensation des dispersions en jouant sur le gain de l'ampli. Les LED les plus "extrêmes" ont été rejetées. Il s'agit des queues de distributions statistiques.