Насыщенный трансимпедансный усилитель

Я использую трансимпедансный усилитель с фотодиодом BP104 Silicon PIN для приема входящих импульсов от инфракрасного светодиода с частотой около 100 кГц. Вот соответствующая часть моей схемы:

введите описание изображения здесь

Я не включил конкретные значения для сети обратной связи, так как это происходит для всех значений, которые я тестировал. Теперь вот проблема: этот приемник работает только за пределамиопределенное расстояние между передающим светодиодом и фотодиодом; это расстояние зависит от коэффициента усиления, который является номиналом резистора обратной связи. Если он слишком близко к ИК-светодиоду, то выход просто насыщается до моего напряжения питания (+10 В). Любые идеи о том, почему это происходит? Я знаю, что это не просто зарядка конденсатора, так как бывает и без этого. Мое лучшее предположение состоит в том, что, когда я располагаю светодиод слишком близко, я генерирую слишком большой ток, который пытается поднять выходное напряжение за пределы его максимального предела, тем самым вызывая его перегрузку и влияя на него изнутри. Однако мне трудно убедить себя в этом, потому что моя передача представляет собой прямоугольную волну с рабочим циклом 50%, поэтому в течение половины периода сигнала вообще нет, и тем не менее выход продолжает удерживать постоянное значение +10 В. Вызывает ли такое интенсивное облучение фотодиода ток, сохраняющийся в НИЗКИХ частях сигнала? Это первый раз, когда я использую трансимпедансный усилитель в серьезном приложении, так что это может быть очевидно. Заранее большое спасибо за любую информацию или советы.

Редактировать : Вот график, показывающий значения сопротивления, которые я тестировал. В частности, он показывает максимальное расстояние передачи в зависимости от значения сопротивления (усиления). Синяя кривая — мой теоретический прогноз, а красные точки — мои данные.

введите описание изображения здесь

Какие значения сопротивления и емкости вы пробовали?
@ helloworld922 Я отредактировал свой пост, включив в него сюжет, который может быть полезен. Емкость 2 пФ, кажется, работает хорошо, за исключением высоких коэффициентов усиления, при которых отсутствие конденсатора кажется нормальным. Мне нужно немного отдохнуть, но я отвечу через несколько часов, если вы ответите.
Чтобы избежать проблем с насыщением, вы видели дизайн IrDA? vishay.com/docs/82633/tfbs4711.pdf

Ответы (2)

Вы перегружаете усилитель. Восстановление после перегрузки может быть очень быстрым, но 1 миллисекунда не является редкостью, а десятки мс возможны даже с многомегагерцовыми операционными усилителями GBW.

Существуют усилители, такие как OPA380 , у которых восстановление после перегрузки составляет 100 нс.

Я не вижу номера для LF357, вы можете измерить его, как это предлагается в этой классической заметке по применению AN356 от Analog Devices .

введите описание изображения здесь

Отлично, большое спасибо за ответ. Есть ли у вас личные рекомендации, как обойти эту проблему, не меняя ОУ? Я вижу в этом примечании к применению (это здорово) на рисунке 10, что для этой проблемы есть «схема зажима», которую я создам, если в моей лаборатории есть компоненты, однако что бы вы порекомендовали, если их нет? Еще раз спасибо.
Схема фиксации является разумным подходом, хотя это не так просто, я думаю, что конечный результат заключается в том, что диоды FD333 оказываются фактически параллельно с PD, а не с резистором обратной связи, что намного лучше, и емкость стабилитрона падает из уравнение (емкость 1N4148 является нагрузкой на выходе). Лично я бы купил операционный усилитель за 6 долларов. Диоды с малым током будет трудно найти datasheet.octopart.com/FDH300A-Fairchild-datasheet-28922.pdf Вы можете попробовать это со всеми 1N4148 и посмотреть, достаточно ли это для вас, или использовать JFET с диодным подключением для диоды.
Я вижу, что максимальный выход для OPA380 составляет менее 10 В, что мне и нужно. Есть ли другой операционный усилитель с небольшим временем восстановления, который вы могли бы предложить? заранее спасибо
Возможно AD8067. Ограничивающие усилители хороши, но не так много высоковольтных.

Спехро прав. «Очевидный» способ решить проблему — уменьшить номинал резистора обратной связи. Это, конечно, повредит вашей максимальной дальности.

Второй "очевидный" способ исправить - поставить стабилитрон, скажем, на 7,5 вольта на резистор обратной связи. К сожалению, это не сработает, так как такие стабилитроны имеют обратные емкости ~ 50 пф, и это убьет вашу частотную характеристику на мегаомных резисторах, таких как вы используете. Я бы предложил цепочку из 4 или более диодов 1N4148, анод на выходе операционного усилителя. Вы можете суммировать напряжения колена до любого значения, которое вам нравится, а последовательное соединение уменьшит общую емкость. Это почти наверняка означает, что вам нужно избавиться от конденсатора обратной связи.

Спасибо за ответ! Я немного смущен тем, почему диоды обратной связи могут мне помочь (я новичок в электронике). Похожа ли идея на схему зажима (рис. 10) в примечаниях по применению, на которые ссылается Spehro? Т.е. предотвращает ли выход насыщение? Если да, то как диоды действуют, чтобы это произошло? Еще раз спасибо, и я бы проголосовал за вас, если бы у меня было достаточно очков репутации.
Да, это как рис, 10, но проще. Проблема с вашей схемой заключается в том, что, когда входной ток становится слишком высоким, ток обратной связи не может поддерживаться, потому что операционный усилитель может создавать только ограниченный диапазон выходного напряжения. При наличии одного или нескольких диодов в контуре обратной связи после некоторого момента (напряжение колена диодов ~0,7 В/диод) ток диода очень быстро возрастает, что позволяет току на входе выровняться. Это означает, что выход больше не является линейным по отношению к входу, но пока комбинированные напряжения колена достаточно высоки, это не проблема.
См., например, nxp.com/documents/data_sheet/1N4148_1N4448.pdf , рис. 3, где показано напряжение/ток диода. Как видите, при напряжении менее 0,6 вольта ток практически равен нулю, но к моменту, когда он достигает 0,8 вольта, он составляет десятки мА. Таким образом, использование обычных сигнальных диодов дает очень мягкое ограничение, то есть выходной сигнал перестает быть линейным задолго до достижения предела, но, как я уже сказал, это не проблема в вашем приложении.
Извините за задержку с ответом, у меня был очень напряженный день; надеюсь, вы не потеряли интерес. Прошу прощения за бремя, но я очень смущен вашим предложением. Я сделал схему того, что, как мне кажется, вы говорите, это правильная идея?
Насыщенный трансимпедансный усилитель
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v