LED als Lichtsensor verwenden

Akustischer Lichtsensor mit Piezo und Leuchtdiode
Viele elektronische Bauteile kann man neben der ursprünglich geplanten Funktion auch noch für andere Zwecke verwenden. So lassen sich zum Beispiel Dioden als Temperatursensor verwenden, und Transistoren zum Messen von Radioaktiver Strahlung. Durch kreativen Umbang mit den Bauteilen lassen sich also oft recht erstaunliche Ergebnisse erzielen.

Ein weiteres Beispiel von kreativem Bauteileinsatz ist die Verwendung einer Leuchtdiode als Lichtsensor. Das funktioiniert sogar erstaunlich gut über einen grossen Bereich von Beleuchtungsstärken.

Das Prinzip ist dabei das folgende:


Das Prinzip als Schaltbild

Die Leuchtdiode wird in Sperrichtung betrieben und an eine kleine Spannung von einigen Volt angeschlossen. Da jede Diodensperrschicht auch einen kleinen Kondensator darstellt, wird diese Sperrschicht-Kapazität ganz einfach aufgeladen, wie ein herkömmlicher Kondensator. Zusätzlich werden auch alle Kapazitäten der Anschlussleitungen (pF-Bereich) mit aufgeladen

Wenn man nun die Spannungsversorgung abklemmt, würde die Ladung in diesem Kondensator erstmal für lange Zeit gespeichert bleiben, da sie ja nirgends abfliessen kann. Doch eine Leuchtdiode kann bei Lichteinfall als ganz schwache Stromquelle agieren, so wie eine Solarzelle. Das einfallende Licht sorgt dann für eine Entladung der Sperrschicht-Kapazität (+Anschlussleitungen) Da der erzeugte Fotostrom proportional zur Lichtstärke ist, kann man aus der Entladezeit recht gut auf die Lichtstärke schliessen.

Der Entlade-Vorgang dauert in der Praxis etliche Millisekunden bis zu einigen Sekunden, so dass sich diese Zeit recht schön in eine akustisch wahrnehmbare Frequenz übersetzen lässt. Damit bekommt man so etwas wie ein 'Licht-Hörgerät', die Lichtstärke wird in ein Tonsignal mit dazu proportionaler Frequenz übersetzt. Damit lassen sich zum Beispiel die schnellen Helligkeitsschwankungen von Leuchtstoffröhren sehr gut nachweisen. Sonnenlicht erzeugt ein weitgehend ruhigen Ton, während Kunstlicht recht eigenwillige akustische Signaturen aufweist.

Recht gut eignet sich zur Auswertung dieses Effektes natürlich ein Mikrocontroller. Er lädt die Leuchtdiode in Sperr-Richtung auf und misst danach die Zeit, bis die Spannung wieder soweit abgesunken ist, dass an seinem Eingang ein 0-Pegel erkannt wird. Das Beispielprogramm hier verwendet einen Atmel 13 Mikrocontroller, welcher auf der bekannten Tiny Experimentierplatine montiert wird. Die Platine ist dabei so bestückt, dass die Port-Pins des Controllers direkt auf die Schraubklemmen geführt werden.

Der in der Schaltung gezeichnete Vorwiderstand ist prinzipiell nicht nötig, wenn die Leuchtdiode ausschliesslich als Lichtsensor betrieben wird. Wenn man die Anode aber nicht fest auf Masse legt, sondern an einen weiteren Portpin, kann man die Leuchtdiode auch umpolen und im Durchlassbetrieb als normale LED verwenden, deshalb macht es Sinn, diesen Vorwiderstand einzubauen. Dann kann man programmgesteuert beliebig die Diode zur Lichterzeugung oder als Lichtsensor verwenden.

Besonders gut für diese Schaltung geeignet sind übrigens rote LED's im klaren Gehäuse, aber auch andere Typen sollten entsprechende Resultate bringen können. Sehr gut lässt sich diese Schaltungstechnik auch als sogenanntes Reaktivlicht (Stichwort GeoCaching) einsetzen, eine kleine Schaltung, welche nach kurzer Beleuchtung einige Lichtpulse abgibt.

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