Estabilidad del amplificador saturado y recuperación de sobremarcha

Tengo dos preguntas. El primer párrafo es antecedentes, el segundo son preguntas.

Fondo:

Tengo un amplificador de fotodiodo (APD de baja capacitancia + amplificador de transimpedancia rápida) que tiene una buena respuesta con pulsos de luz de pequeña amplitud. Tiene un buen margen de fase y no hay sobreimpulso.

Cuando aumento la amplitud del pulso de luz entrante, la salida del amplificador se acercará o golpeará el riel, y me pasaré y sonaré.

Preguntas:

  1. ¿Cómo analizo el margen de fase del amplificador con una gran respuesta de señal que puede saturar el amplificador?

  2. ¿Cómo funcionan los circuitos de recuperación de sobremarcha? No puedo encontrar ninguna referencia a la recuperación de overdrive en mi libro de Gray & Meyer. ¿Dónde puedo obtener más información sobre la recuperación de overdrive?

Gracias

Lea la hoja de datos para (1) y para (2) use zeners y retroalimentación negativa para evitar la saturación de salida. Con algunos valores altos de resistencia de retroalimentación, esto puede no ser apropiado.
hola david, actualmente me enfrento al mismo problema que discutiste, pensé que el timbre se debe a la carga capacitiva de la sonda, pero no lo es, lo observo solo en saturación, ¿cómo evitaste esto?, amablemente proporciona los detalles de la observación
@kakeh, mi solución fue similar al circuito analogsystemsrf usando control automático de ganancia. Un diodo en el circuito de retroalimentación cambia una resistencia en paralelo con un capacitor con la misma constante de tiempo que la retroalimentación normal pero con mucha menos resistencia y más capacitancia. Esta resistencia * su corriente de entrada más grande debe ser menor que el voltaje de salida máximo de su amplificador operacional. De esta forma, el amplificador operacional siempre permanece en su región lineal.
mi diodo es AD1500 desde el primer sensor, la corriente máxima es de 0,25 mA, mi amplificador operacional es de 2,5 V con una combinación de 10K y 1,6p en la retroalimentación, pero cuando holgazaneo 40ns (entiendo que mi ckt BW es de 10 MHz) pulso en el fotodiodo i no veo saturación en cambio veo una expansión del pulso a 400ns ¿por qué? ¿Está tratando de decirme que mantenga el opamp de corriente de saturación más bajo que la corriente máxima del diodo? ¿Se está expandiendo el pulso debido a la restricción de ancho de banda?
mi opamp LT6269 puede manejar incluso hasta 10 ns, por lo que he reemplazado 10k con 1k para asegurarme de que opamp nunca se sature, ya que la corriente de saturación será de 2,5 mA, mientras que la corriente máxima del diodo es de 0,25 mA, pero luego he visto el efecto que explicaste, ¿El timbre se debe a la saturación de opamp o a la saturación de APD? no hay forma de que APD pueda proporcionar una corriente tan alta de 2,5 mA, ya que el pico en sí es de 0,25 mA.
@kakeh También he visto el efecto de "ampliación de pulso" cuando un amplificador operacional se satura con el OPA656. Mantener el amplificador operacional en su región lineal parece lo mejor para la fidelidad del pulso. Si reduce la resistencia de retroalimentación de un TIA, debe aumentar la capacitancia de retroalimentación para mantener la estabilidad. Incluso entonces, puede ser inestable con un amplificador descompensado porque estaría reduciendo la ganancia de ruido de alta frecuencia.
¿Leíste mi segundo comentario? estaba viendo la saturación del amplificador operacional incluso si mantengo la corriente de saturación del amplificador operacional mucho más alta que la corriente de saturación del diodo. una combinación de 1K con 1.6p debería funcionar hasta 100Mhz ¿Por qué surgiría un problema de estabilidad? Estoy más preocupado por el timbre con fin de pulso.
@kakeh No entiendo a qué te refieres con saturación. Por lo general, los amplificadores operacionales tienen voltajes de saturación determinados por la oscilación máxima de salida y también por la capacidad de accionamiento actual. Si hay una gran carga que consume mucha corriente después de su TIA, proteja el TIA con otro amplificador que tenga más capacidad de corriente. Hay pocos amplificadores operacionales, si es que hay alguno, que puedan admitir un ancho de banda de transimpedancia de 100 MHz. Hay mucho material sobre este tema en línea: busque "monitoreo de fotodiodos con amplificadores operacionales" por burr brown.
He puesto mis resultados y una pregunta que es similar, tenga la amabilidad de echar un vistazo electronics.stackexchange.com/questions/331423/…

Respuestas (2)

1) Predecir la recuperación de sobrecarga del comportamiento de señal pequeña es una causa perdida. Depende completamente de cosas como las características del transistor de entrada y las características térmicas de la matriz.

2) Los circuitos de protección de sobremarcha funcionan (típicamente) desviando la corriente de sobremarcha lejos de la etapa de entrada. Como resultado, la entrada se satura, pero apenas. Un ejemplo típico sería proporcionar diodos consecutivos a través de la entrada (a expensas de una mayor capacitancia de entrada y una corriente de entrada ligeramente mayor).

¿Dónde puedo aprender más sobre esto? ¿Podría recomendar un libro? No creo que mi Análisis y diseño de circuitos integrados analógicos cubra esto.
Además, ¿los diodos consecutivos no permitirían que la entrada inversora obtuviera una caída de diodo por encima o por debajo de la entrada no inversora antes de que la corriente comenzara a desviarse? En ese punto el amplificador estaría saturado. ¿Cómo puedo desviar la corriente de la entrada antes?
@DavidG25 - Sí. Pero eso es mejor que ningún límite en absoluto. Y no conozco ningún libro sobre el tema.
@WhatRoughBeast estoy enfrentando un problema similar, traté de explicarlo aquí, amablemente envíe algunos comentarios electronics.stackexchange.com/questions/331423/…

Tiene una limitación de velocidad de giro en las salidas de señal grandes, que es un retraso de tiempo.

¿Puede agregar una pequeña capacitancia a través de Rfb, valorando solo el 10% de lo que funciona en amplitudes pequeñas pero proporcionando la "visión anticipada" necesaria para entradas grandes?

O simule este TIA de ganancia variable

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esto me recuerda al circuito limitador de ganancia que he usado en los osciladores wein-bridge para obtener menos distorsión. No estoy seguro de poder disminuir mi resistencia de retroalimentación ya que estoy usando un amplificador operacional CFB que se sintoniza lo más rápido posible sin sobreimpulso. ¿Sería correcto pensar que agregar un margen de fase de señal pequeño puede compensar el impacto de la fase de bucle abierto en amplitudes de señal grandes debido al retardo de tiempo limitante de la velocidad de respuesta? Tengo un poco de espacio para reducir la velocidad de mi amplificador.
Estoy enfrentando un problema similar, por favor arroje un poco de luz electronics.stackexchange.com/questions/331423/…
Estabilidad del amplificador saturado y recuperación de sobremarcha
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