Evitando la saturación opamp - trabajando con apd

tengo un fotodiodo de avalancha con el que estoy tratando de digitalizar la corriente de TIA a través de un comparador, el diodo sesgó usando un HVDCDC

la fuente es un láser de 20ns con un PRF de 3Khz

el circuito es el siguiente

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

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la salida de opamp para una luz de alta intensidad es como la de arriba, podemos ver el opamp completamente saturado, pero tengo menos idea sobre el efecto de sobredisparo y timbre, esto sucedió cuando puse mi voltaje de polarización 300V, no puedo detener el opamp para entrar a la saturación.

incluso si veo la hoja de datos de DC-DC CA05N, puede generar un máximo de 2 mA de corriente, y la corriente máxima de didoe es solo 0,25 mA, por lo que entendí que la corriente dcdc supera los 2 mA

entonces, para evitar que el opamp se sature, traté de usar 300K en serie con la fuente, pero aún así el opamp se saturaba,

Es evidente que para que el amplificador operacional no se sature, la única forma que puedo intentar es reducir el voltaje de polarización al mínimo posible, así que lo operé a 70 V, para lo cual la respuesta es la siguiente.

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Se desconocen las razones por las que la expansión del pulso de 20 ns a 100 ns incluso a través del APD tiene un ancho de banda de 70 MHz,

Entonces, para operar el APD correctamente, entendí que tengo que sesgar con un voltaje más alto para ver la respuesta adecuada para poca luz, pero al mismo tiempo tengo que evitar la saturación.

Siento que limitar la corriente al TIA resolverá el problema, sugiero amablemente algunas formas de evitar el exceso de corriente que está en el opamp.

Amablemente arroje algo de luz sobre el comportamiento de APD en saturación también

EDITAR:

Como las respuestas sugirieron ir por un equivalente estable de ganancia unitaria, opté por cambiar mi amplificador operacional a LTC6269, que es estable de ganancia unitaria de 400Mhz

a continuación se muestra el resultado que obtuve con la polaridad del fotodiodo invertida, por lo que puede ver una salida invertida, pero el efecto persiste

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el soporte analógico también me sugería usar un subber en la polarización del fotodiodo, así que usé 20 ohmios en serie con un límite de 100p pensando que esta perturbación se debe a la fuente de alimentación que estoy usando, francamente, no tengo ni idea de cómo ajustar un amortiguador

por favor ayúdenme a identificar la causa raíz de los problemas

**EDIT2:**tengo que ajustar mi Cf en consecuencia, creo, para evitar esto, no creo que esto esté sonando, siento que he resuelto mi problema, regresaré con resultados en breve

EDIT3 : reemplazar Cf con 4pF me dio un pulso limpio sin ningún timbre Gracias por la ayuda

EDIT4 : Pero después de algunos experimentos, identifiqué que no estoy saturando completamente el fotodiodo / opamp, por lo que aumenté el ancho del pulso y la potencia del pulso en el fotodiodo con lo que mi respuesta fue la siguiente

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Respuestas (1)

La amplificación y la velocidad de reacción de un APD dependen de la corriente que lo atraviesa. Es un mal hábito de la comunidad física usar APD con una fuente de voltaje y una resistencia en serie para la polarización. Como ha visto, esto falla en aplicaciones de alto rango dinámico. Le sugiero que cambie su circuito de polarización para proporcionar una corriente constante en lugar de un voltaje constante.

El timbre que ves es de tu opamp. Está utilizando una variante que no es estable con ganancia unitaria. El -10 en el número de pieza indica que es un amplificador operacional descompensado para una ganancia de al menos 10 (convención de numeración de amplificadores operacionales de Linear). Pero para que este tipo de circuito funcione, necesita estabilidad de ganancia unitaria.

Le sugiero que eche un vistazo a Linear Appnote 92 que analiza algunos circuitos para APD.

Entendí que debería tener una fuente de corriente constante en su lugar, pero también limitada a una corriente inferior a mi corriente de saturación de opamp. ¿Pueden darme cómo proporcionar una polarización basada en una fuente de corriente constante para mi aplicación? No puedo encontrar tales notas de aplicación para voltajes altos como 300 V, también ¿cómo puedo modificar mi ckt de salida para mantener estable el opamp? Siento que tengo que mantener mi ganancia tan baja como 10
cualquier forma de mantenerlo estable estoy manteniendo la relación cin / cf a 10
he repetido el experimento usando un opamp estable para ver el efecto pero el fenómeno persiste, amablemente ayuda
Supongo que es hora de abrir una nueva pregunta y mostrarnos el nuevo circuito.
confundí el timbre parásito, puse un límite válido de 4pF en la retroalimentación porque el amplificador operacional estable no planteó ningún problema, pero aún es una pregunta sin resolver cómo explotar el ancho de banda completo de los amplificadores operacionales descompensados, recientemente LT lanzó un 10GHz GBWP opamp, ¿para qué sirven si no sirven?
¿Es consciente de que la GBP no equivale al ancho de banda alcanzado? El LTC6409 tiene un ancho de banda de -3dB de solo 2 GHz y una velocidad de respuesta diferencial de 3300 V/us. Dependiendo de su circuito, uno de estos números lo limitará y le dará un ancho de banda utilizable efectivo en cualquier lugar entre 50 MHz y 300-500 MHz. Y eso supone que tiene una PCB ideal, sin capacitancia parásita. Si bien hoy tenemos componentes increíbles, la física sigue siendo una perra y no te permite hacer lo que quieras.
De acuerdo, pero con el mismo ancho de banda con un LTC6409 puedo lograr una ganancia mucho mayor, ¿no es así? El ingeniero de LT me sugirió que usara una T en la retroalimentación para que sea estable, ez.analog.com/thread/…
Agregué una edición, hice que el amplificador operacional permanezca en saturación durante más de 40 ns, ahora la respuesta es bastante diferente, con 10 ns estaba teniendo un poco menos de exceso, esta vez el exceso ha ido muy mal.
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