Estabilidad del amplificador de transimpedancia APD [cerrado]

Los campos eléctricos parásitos a través de la resistencia de retroalimentación deben aumentarse para compensar el fotodiodo que cuelga del pin- del OpAmp. Al igual que una sonda de osciloscopio, tiene 2 resistencias (una en la sonda y otra en el osciloscopio) y 2 condensadores en paralelo con cada resistencia, con los condensadores seleccionados o ajustados para implementar 2 constantes de tiempo RC idénticas, para obtener la mejor planitud de respuesta de pulso.

Tome un par de piezas de cable aislado sólido, gírelas para aumentar la capacitancia y suelde la resistencia de retroalimentación.

Acaba de sintonizar el circuito; ahora desenrosque parte del condensador-truco y observe cómo cambia la respuesta del pulso.

Después de unos días, me he dado cuenta de lo que está pasando.

Aquí está mi circuito:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El OPA846 no es estable en ganancia unitaria y requiere una ganancia de ruido mínima de 7 para obtener algo así como un margen de fase de 45 grados. El problema que estaba viendo era causado por mi polo de retroalimentación 1/(RF * CF) que estaba a una frecuencia más baja que mi fotodiodo cero 1/(RF * CD) porque mi capacitor de retroalimentación (CF) era 5pF y la capacitancia de mi diodo es inusualmente alta. bajo <1pF (es un APD). Esto hizo que mi ganancia de ruido (1 + CD/CF) fuera casi la unidad en frecuencias altas, lo que provocó que mi amplificador oscilara, pero mi polo de transimpedancia 1/(RF * CF) estaba en una frecuencia baja, lo que provocó que mi respuesta de transimpedancia terminara. -amortiguado (la segunda traza dibujada a mano).

Aquí hay un diagrama de Bode de esa configuración confusa:

El primer trazo dibujado a mano en mi pregunta sucedió cuando reduje la capacitancia de retroalimentación, lo que incrementó mi ganancia de ruido a altas frecuencias para cumplir con el requisito de ganancia mínima de 7, pero mi resistencia de retroalimentación era demasiado pequeña, lo que provocó que el polo de retroalimentación tuviera una frecuencia demasiado alta y dándome un pobre margen de fase en la respuesta de transimpedancia.

Ahora, eliminé CF para asegurar que CF < CD, que es necesario para asegurar la ganancia de ruido a alta frecuencia (1 + CD/CF) >= 7. Luego aumenté RF para desplazar tanto el cero del fotodiodo como el polo de retroalimentación para bajar frecuencias para obtener el margen de fase que quiero y estabilizar el amplificador. Estoy considerando cambiar a un amplificador estable de ganancia unitaria y disminuir RF y aumentar CF para ampliar aún más mi ancho de banda.

Al final, la moraleja de la historia es tener cuidado al no usar amplificadores operacionales estables de ganancia unitaria para aplicaciones de transimpedancia con pequeñas capacitancias de fotodiodos.

Perdón por la pregunta de baja calidad. Estaba demasiado confundido para poder preguntarlo correctamente.

"Subamortiguado" es lo mismo que "casi oscilante". Si espera que la señal sea como en la foto n.° 2 pero obtiene la imagen n.° 1, significa que (a) el ancho de banda de su amplificador está muy por debajo del deseado y (b) puede estar bastante cerca de las oscilaciones, por lo que un cambio de temperatura o carga puede lanzarte a oscilaciones. Esto suele suceder cuando hay una capacitancia parásita excesiva en la entrada de entrada (el plano de tierra no tiene ningún vacío debajo de la clavija de entrada) o la capacitancia del diodo no se compensa adecuadamente en la retroalimentación.