Amplificador de transimpedancia con salida invertida

En un pequeño proyecto de pasatiempo, estoy tratando de enviar datos de un Arduino a otro usando un láser modulado y un fotodiodo.

En el lado del emisor, el láser tiene una entrada de modulación dedicada de hasta 100 kHz. La entrada es de baja actividad y la conecto directamente al pin TX del puerto serie remitente-Arduino. Dado que el UART también tiene poca actividad, el láser se apaga si el UART está inactivo, lo cual es bueno.

En el lado del receptor tengo un fotodiodo y un amplificador de transimpedancia con un opamp LM385. La salida está conectada al RX del receptor-Arduino.

esquemas

Aquí está el problema: si el remitente tira de TX a bajo (1), esto hace que el láser se encienda (2). En el lado del receptor, el fotodiodo se ilumina y hace que fluya una corriente (3) y el amplificador de transimpedancia emite una señal alta en RX (4). En resumen: emisor TX bajo -> receptor RX alto.

Claramente necesito una inversión de la salida del amplificador de transimpedancia: 5V -> 0V y 0V -> 5V. La inversión no se puede hacer en software en el receptor, ya que la UART del Arduino no se puede configurar para hacer eso. Por supuesto, podría agregar un 7404 con una puerta NOT a los esquemas. Pero, ¿sería posible cambiar el amplificador de transimpedancia de manera que la salida se invierta pero siga siendo un amplificador de transimpedancia con las ventajas de rendimiento para mi aplicación?

Cuidado con la palabra "invertida" en el mundo de los amplificadores operacionales. Tienes "opamps inversores" pero eso es algo diferente. Y no quiero "invertir" haciendo 5V -> -5V o algo así.

Un LM385 no es un amplificador de transimpedancia.
Tuve la impresión de que el "amplificador de transimpedancia" se refiere a un circuito en el que usa el opamp, no a un tipo de opamp. Vi esquemas con LM385 titulados como amplificador de transimpedancia, lo que me confundió. Creo que tienes razón.
El amplificador de transimpedancia es un circuito de aplicación de un amplificador operacional ordinario, el que convierte la corriente en voltaje. Se utiliza en su amplificador de fotodiodo. Tu impresión fue correcta. Hay un tipo de opamp llamado amplificador de transconductancia operacional, que es algo totalmente diferente y puede causar cierta confusión. Ver esto: en.wikipedia.org/wiki/Operational_transconductance_amplifier

Respuestas (2)

No, no inviertas el remitente. Eso dejaría el láser encendido durante la inactividad, algo que probablemente desee evitar.

Puede voltear el circuito receptor para que el fotodiodo esté entre el suministro positivo y la entrada opamp inversora:

Cuando el diodo produce corriente, la salida del opamp bajará.

Debe pensar cuidadosamente qué voltaje de alimentación se usa para qué. En el circuito anterior, el opamp se puede alimentar con el mismo voltaje que en la parte superior del diodo solo si el rango de modo común del opamp se extiende hasta su suministro positivo. De lo contrario, necesitará un voltaje un poco más alto para el suministro positivo del opamp.

Si el suministro negativo del amplificador operacional está conectado a tierra, entonces debe asegurarse de que su rango de salida activo sea lo suficientemente bajo para que la entrada digital interprete de manera confiable ese voltaje como bajo.

Un amplificador operacional CMOS "riel a riel" podría ser lo suficientemente bueno para usar energía común para el diodo y el amplificador operacional. Sin embargo, debe consultar la hoja de datos cuidadosamente para ver qué significa realmente "riel a riel".

Construí el circuito que sugirió volteando el fotodiodo y suministrando (+) del opamp con 5V en lugar de 0V. Hasta ahora sin suerte, (OUT) se mantiene en 5V constantes. Probé diferentes valores para R1: realmente no cambia el resultado. Debe investigar más. No es tan fácil ya que soy más bien un desarrollador de software...
@Phil: Entonces, el circuito exacto que probó en una pregunta diferente, y es posible que podamos ayudarlo a diagnosticarlo.
Muy apreciado. Aquí está la pregunta por separado.

Podría usar un transistor en el "lado del remitente".

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

esquemático

simular este circuito

Compruebe si el transistor y el amplificador operacional que está utilizando pueden funcionar en esa frecuencia.

[EDITAR] : Resistencia base agregada, gracias @Olin Lathrop.

Hola Francisco, gracias por tu sugerencia. Tienes razón, esa sería una solución. Pero TX está ENCENDIDO cuando no estoy enviando (convención UART), por lo que el láser está ENCENDIDO durante ese tiempo. Entonces, cuando solo se envían datos de vez en cuando, el láser está encendido la mayor parte del tiempo. Para cambiar eso, podría agregar el transistor en el lado del receptor. Pero esperaba evitar eso sin agregar más hardware...
A su circuito también le falta la resistencia base.
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