¿Bajo ruido usando opamp y fotodiodo?

Estoy construyendo una pequeña configuración de sensor que puede medir la transmisión de luz a través de una solución (nublada). Actualmente tengo una luz láser que brilla a través de la solución y un LDR en el otro lado. Esto funciona bastante bien, pero hay una gran variación entre lotes de LDR y la respuesta tampoco es muy lineal. Por lo tanto, comencé a jugar con un fotodiodo en lugar de un LDR. (La salida está conectada a un ADC de 12 bits)

Actualmente tengo un fotodiodo VTB8440BH conectado a un amplificador operacional LTC1050 . Está conectado en una configuración de corriente a voltaje y el fotodiodo en modo fotovoltaico como se muestra en la hoja de datos del amplificador operacional en la página 13. La frecuencia de muestreo es muy baja, alrededor de 1 Hz.circuito

El opamp y el fotodiodo se colocarán en un entorno con una temperatura bastante constante (+/- 1C) de 60C. Leí en la hoja de datos que el aumento de las temperaturas introduce una mayor cantidad de ruido. Me preguntaba cuál es la mejor estrategia para construir este circuito, ¿este circuito que mostré aquí ya tendrá muy poco ruido o necesito componentes adicionales para estabilizar la salida?

(Otra pequeña pregunta, ¿cuál es el propósito de la resistencia de 500K entre el pin 3 (+) del amplificador operacional y la tierra? Si reviso la calculadora de amplificador operacional de Analog Devices (www.analog.com/designtools/en/photodiode/#/ photoDiode) esa resistencia no está presente)

Este tipo general de circuito debería ser adecuado dados sus requisitos de bajo ancho de banda. En otros casos, sugiero leer Photodiode Front End: The Real Story de Philip Hobbs . La capacitancia muy grande de su fotodiodo elegido presumiblemente se reducirá si usa una polarización inversa de 2V. Por supuesto, hay otros diodos disponibles con una capacitancia mucho menor. No verifiqué si su diodo es realmente una buena opción para mediciones de bajo ruido, pero el VTB8441BH tiene una resistencia de derivación (mucho) más alta, por lo que probablemente sea mejor que el VTB8440BH.

Respuestas (2)

Sin conocer sus niveles de iluminación, es imposible saber si eso hará lo que necesita. Dicho esto, el circuito debería funcionar, con un par de cambios. Primero, elimine la resistencia del pin 3 a tierra y conéctelo directamente a tierra. A continuación, aumente el condensador de 15 pF a 100 pF. Su fotodiodo real tiene una capacitancia mucho más alta que el esquema, y ​​esto debe reflejarse en el límite de retroalimentación. Peor aún, interactúa con la entrada + y da un gran pico transitorio. En el original, la capacitancia del diodo estaba razonablemente compensada por la capacitancia del pin de entrada de los circuitos integrados, pero eso ya no es así con su nuevo fotodiodo. La resistencia estaba allí originalmente para compensar los cambios de temperatura en la corriente de polarización de entrada.

Es muy posible que entre mucha más luz de la que manejará esta configuración. Si es así, y su salida está fijada en alto, reduzca el valor de la resistencia de retroalimentación. Si la señal es demasiado pequeña, aumente el valor de la resistencia, aunque esto también puede requerir aumentar el límite de retroalimentación, lo que ralentizará la respuesta. Sin embargo, no veo esto como un problema, ya que está muestreando a una tasa muy baja.

En un caso de baja velocidad como este, desea sobremuestrear masivamente y luego diezmar. Digamos miles de muestras durante un período de exactamente 1 segundo (un número par de ciclos de red de 50 o 60 hz). Diezmar usando un filtro mediano.