Limitación del voltaje de salida del Opamp para evitar la saturación

Tienes un par de problemas con tu circuito. Primero, LTC6268-10 es una pieza de 5V. ¡No puedes ir y alimentarlo +/- 5V! A +/- 2.5V, el circuito funciona más como se anuncia.

En segundo lugar, su circuito de diodo está oscilando porque la retroalimentación del amplificador operacional se sale de control. Muy científico, lo sé, pero sin molestarse en hacer cálculos difíciles, puede solucionar esto agregando una resistencia en serie al sensor de luz que coincida con el TC de su resistencia de derivación. También necesita una resistencia en serie en el diodo. Usemos 100R para eso.

Para la resistencia en serie del sensor de luz, 1k + 1p equivale a aproximadamente 12p y 82R. Si experimentamos un poco, encontraremos que 22R da una respuesta más rápida pero suena más y 1k es inestable.

Tercero, ahora tiene un circuito limitador de voltaje, ¡felicidades! Por desgracia, MMSD4148 no es un diodo de recuperación rápida, tarda 5 ns en apagarse. ¡Eso no es bueno para pulsos de 10ns!

Vamos a reemplazarlo con un vishay BAS70E6327 mucho más razonable con 100ps Trr.

Cuarto, yay, ahora tenemos sujeción de voltaje que funciona bastante razonablemente. Sin embargo... no está exactamente equilibrado. Al bajar, ese diodo + resistencia 100R reducirá la salida mucho más rápido de lo que 1k puede cargar el capacitor de 12pF en la otra dirección. Para colmo de males, 100R sujeta el voltaje bastante cerca del Vf, por lo que vemos una transición brusca y agradable en una dirección y una caída RC en la otra.

Podemos hacer que esto se vea más bonito cambiando la resistencia en serie a 330R, pero en general hace que se vea mejor ya que ahora el voltaje está en un voltaje más alto y se elimina el timbre, pero en realidad no hace nada para volver a cero.

Esa caída es causada por la capacitancia parásita de ~ 2pF de ese diodo. Básicamente, desea una recuperación ultrarrápida, una corriente inversa ultrabaja y una capacitancia ultrapequeña. ¿No lo hacemos todos?

Su problema básico aquí en general es que su rango de medición es bastante irrazonable. Por otro lado, usted quiere medir una señal de 1uA/1mV (¿cómo?) y luego regresa y quiere manejar una señal de 1mA/1V también con el mismo circuito. Obtiene esa cola del retardo RC que redondeará las cosas más y más cuanto más fuerte sea la señal. A 1mA son +14ns para cruzar 1mV. A 100uA son 11ns. a 10uA se trata de 8ns. A 1uA tienes el problema opuesto ya que la señal no alcanza 1mV pero se acerca infinitamente.

Entonces, definitivamente, para cualquier tipo de fidelidad, esto necesita algún otro tipo de circuito o un rango de señal más limitado o pulsos más largos. También sería útil realizar correctamente el análisis de estabilidad del circuito de retroalimentación, ya que obviamente es marginal aquí. Creo que usar un amplificador de alta velocidad de giro de 500MHz funcionaría mejor que un amplificador de 4GHz, puede obtener la misma velocidad de giro de 3kV/us de piezas de 300-500MHz y son mucho más estables. También ayudaría si puedes encontrar el diodo perfecto, pero lo dejaré como un ejercicio para ti, ya pasé mucho tiempo en esto.

Aquí está el circuito modificado.

Primero, puede intentar reemplazar los diodos con BJT vinculados al dispositivo de ley cuadrada. Como menciona en la imagen, la estabilidad mejora.

En lugar de reinventar la rueda, puede ser útil consultar la guía de amplificadores logarítmicos de TI . En particular, figura 1 con I_in como corriente de entrada.

Para citar el pdf un poco más ... "Esto confirma que el voltaje de salida del circuito está relacionado logarítmicamente con la entrada del circuito".