¿Qué sucede después de que opamp se satura?

a continuación, se muestra una etapa TIA destinada a realizar una conversión IV, ya que el voltaje de suministro máximo es de 5 V para una resistencia de retroalimentación dada de 1 K, el opamp se saturaría para una corriente de entrada del fotodiodo de 5 mA

ingrese la descripción de la imagen aquí

supongamos que la corriente es pulsante, ¿qué sucede si se le da más de 5 mA de corriente al amplificador operacional? Obviamente, se saturaría y, después de una recuperación de anulación, mantendría su estado nuevamente.

digamos que si mi entrada ahora es de 100 mA del fotodiodo (que considero la saturación/cerca de la saturación del fotodiodo), a medida que se produce la saturación, la ruta de retroalimentación solo tendría 5 mA de corriente fluyendo en su bucle

¿Dónde se han ido exactamente los 95 mA restantes de corriente? la entrada opamp no permite que pase de ninguna manera debido a una impedancia muy alta,

o cuando cruza el límite de corriente de entrada, ¿se quemaría/ingresaría incluso a una entrada de alta impedancia?

soy un principiante en opamp, lo he leído y lo entendí solo como una caja negra, por favor, dame alguna referencia sobre cómo se debe entender un opamp en saturación, cuál es el límite de corriente aquí incluso,

Respuestas (4)

Indefinido y varía entre opamps.

Es posible que vea voltaje en la entrada de tierra supuestamente virtual. Si ese voltaje excede el suministro (o un voltaje más bajo en relación con la entrada +ve), puede haber diodos de protección para drenar el exceso de corriente.

Puede dejar una o más etapas dentro del opamp saturado y los transistores saturados se apagan lentamente, arruinando el rendimiento del opamp de alta velocidad. Por lo tanto, después de eliminar el exceso de corriente de entrada, puede pasar mucho tiempo (microsegundos) antes de que el opamp responda correctamente a las señales de entrada nuevamente.

Si este comportamiento es importante para usted, debe formar parte de sus criterios para seleccionar un opamp, en discusión con los ingenieros de aplicaciones del proveedor.

Pero la respuesta correcta es: no sucederá, porque rediseñará el circuito para evitar saturar el opamp.

EDITAR: De la hoja de datos que debería haber estado vinculada en la pregunta:

Protección de entrada Para evitar la avería de los dispositivos internos en la etapa de entrada, las dos entradas del amplificador operacional NO deben estar separadas por más de 2,0 V. Para ayudar a proteger la etapa de entrada, el circuito interno se activará automáticamente si las entradas están separadas por 2,0 V y la entrada las corrientes comenzarán a fluir. En todos los casos, se debe tener cuidado para que estas corrientes permanezcan por debajo de 1 mA.

Entonces, con la entrada positiva conectada a tierra, si la iluminación satura el amplificador y Vin- comienza a aumentar, el dispositivo está en peligro de fallar cuando la entrada alcanza los 2 V, momento en el cual el fotodiodo aún tiene una polarización inversa de 3 V. Luego, la protección puede absorber 1 mA adicional, antes de que el voltaje de entrada aumente aún más.

Si bien @le_top tiene razón en que una vez que el fotodiodo se polariza hacia adelante, comenzará a absorber cualquier exceso de corriente, está bastante claro en la hoja de datos que este opamp específico no sobrevivirá hasta ese punto.

No se necesitan ni sirven diodos de protección ya que el exceso de corriente se consume en el fotodiodo. La saturación del OPAMP ocurrirá en caso de exceso de corriente; si ese es el caso "normal", se necesita un rediseño si el retraso requerido para recuperarse de la saturación es demasiado alto. Es aceptable si la saturación solo ocurre fuera del funcionamiento normal y el nivel de voltaje debe permanecer "lo suficientemente alto" para las etapas posteriores (por ejemplo, ADC).
@le_top: respuesta editada para abordar sus inquietudes.
ok para aclarar que este OPAMP no puede soportar la entrada de alto voltaje en el '-' con seguridad, y otros OPAMP pueden no soportar un voltaje de entrada más alto que la fuente de alimentación.
esta pregunta surgió de mi problema establecido aquí electronics.stackexchange.com/questions/239410/…

Un fotodiodo es muy parecido a un diodo normal solo que la luz incidente cambiará la curva característica V/I del diodo. El voltaje que aplique al diodo dará como resultado una corriente de acuerdo con esta curva. Del mismo modo, una corriente que aplique daría como resultado un voltaje. El diodo todavía está limitado por un voltaje directo y un voltaje de ruptura (inverso).

En su circuito se aplica un voltaje inverso de 5V en operación normal y esto podría aumentar hasta 10V si Rf y el voltaje de saturación del opamp lo permiten. Sin embargo, no debe ser más de 5 V porque en la oscuridad el diodo se comporta como otro diodo y la retroalimentación opamp funcionará y la entrada '-' se establecerá en 0V.

Es posible predecir la operación a partir de la curva V/I cambiante.

Cuando la resistencia Rf limitará la corriente debido a la saturación, el diodo estará en polarización directa debido a la corriente interna. Entonces, el ánodo es más alto que el katodo y sería de aproximadamente 6 V (depende del voltaje directo del diodo). La salida opamp se saturaría a aproximadamente -5V y la corriente de resistencia y diodo sería de aproximadamente 10V/Rf.

Toda la corriente que el diodo no puede entregar se consume internamente, lo que resulta en un calentamiento del diodo. No calentará más que cualquier otro objeto similar al que someterías a la misma intensidad de luz. Se calentará un poco menos ya que parte de la energía es consumida por Rf.

Aquí hay otra forma de analizar el circuito:

La corriente que fluye a través del diodo hacia el circuito es una corriente inversa desde el punto de vista del diodo. La corriente sale del katodo al R F resistencia y fluye hacia el ánodo desde el suministro de 5V.

De la hoja de datos, podemos ver que cuando la corriente a través del fotodiodo es 0, pero cuando hay suficiente luz, entonces el voltaje del diodo está en el voltaje de saturación directo.

La corriente se vuelve más negativa si el voltaje directo del diodo disminuye. Y una vez que el voltaje directo cae por debajo de la rodilla "V/I" (alrededor de 0,75 V), la corriente es más o menos estable para una fuente de luz estable.

Sin embargo, el circuito no puede absorber esta corriente; R F limita la corriente del diodo (la entrada '-' del opamp consume aún menos corriente).

El fotodiodo absorberá este exceso de corriente internamente y el voltaje del diodo estará en polarización directa.

Como la entrada '-' del opamp es más alta que la entrada '+', la salida del opamp disminuirá. Gracias a la retroalimentación negativa, el nivel de voltaje de entrada '-' también disminuirá hasta que el opamp se sature. El opamp no puede reducir el voltaje de salida lo suficiente como para obtener 0V en la entrada '-'. Por lo tanto, la corriente que circula por R F está limitado debido a la saturación del opamp. La entrada '-' estará muy por encima de 0 V, e incluso alrededor de 5,75 V porque el diodo está en polarización directa.

Esto es coherente con el modelo de fotodiodo equivalente que predice que el exceso de corriente es esencialmente consumido por un diodo "normal" equivalente interno.

Espero que se resuelva el misterio. No es "fácil" de entender a primera vista, seguramente tendrás que trabajar un poco en esta explicación.

la confusión comenzó cuando comenzaste, "También podemos mirar el circuito de esta manera", ¿qué significa cuando la corriente externa es cero? significa que el fotodiodo no está iluminado? Entonces, ¿no genera corriente? pero la mayor parte de la respuesta es clara, el diodo no puede entregar, por lo que es consumido por el propio diodo, si cambio el diodo a un APD generaría más calor ya que la respuesta es bastante alta, pero la última sección en respuesta necesita alguna aclaración, gracias
editar hasta la última sección lo convertiría en una respuesta aceptada en la medida en que lo siento
Ok, lo reescribiré un poco.
Lo entendí de esta manera, como Rf limita la corriente de la foto, es decir, 5 mA si Rf es 1 K, por lo que la corriente de más de 5 mA se convierte en calor, quiero evitar que mi fotodiodo se caliente, entonces puedo poner una resistencia limitadora en serie con foto diodo del suministro para que no se caliente? por ejemplo, mi fotodiodo puede tener una corriente máxima de 100 mA, por lo que 95 mA se convierten en calor, para evitar esto, ¿puedo colocar una resistencia limitadora? en lugar de ir con cualquier circuito limitador de corriente especial?
Si Rf es 1k, entonces la corriente máxima que fluye a través de Rf es (5V+1V-(-5V))/1k=11V/1k= 11mA. Esto supone que el voltaje directo del fotodiodo es de 1 V; debe ajustarse de acuerdo con las especificaciones. La "caída" de voltaje sobre el fotodiodo es de 1V cuando está saturado. La energía que necesita absorber el fotodiodo es generada por la luz, no por el circuito, por lo que no necesita absorber más que la energía de la luz, que no es más que cualquier otro objeto "negro". En mi opinión, no es necesario proteger el diodo de eso.
Completamente de acuerdo, mi confusión se está profundizando a medida que surgen nuevos comentarios, debido a la falta de claridad del equivalente del fotodiodo en el modo de saturación, según su explicación, los 11 mA se convertirían en la corriente de saturación del diodo, pero ¿por qué leo la corriente de saturación como 100 mA? en mi hoja de datos de diodos?
esta pregunta surgió de mi problema planteado aquí electronics.stackexchange.com/questions/239410/… , he visto pocas patentes que incluso intentan limitar la corriente de entrada a TIA, todavía no puedo entender, por qué pocos intentaron limitar la corriente a TIA incluso si no es un problema?
Corriente de saturación en la hoja de datos: Esto supone que la corriente puede fluir. Puede dibujar la línea V/I de la resistencia (desde el punto de vista del diodo) en la característica V/I del diodo para encontrar el punto de equilibrio. El diodo de protección interna del amplificador operacional puede cambiar el comportamiento y forzar que el voltaje sobre el diodo sea más alto.

No serán 100 mAmps los que fluirán a través del diodo. Cuando el opamp está saturado, puede considerarlo como su salida a tierra y omitir la entrada inversora. Habrá 5 mAmps fluyendo a través del diodo, la resistencia y el transistor de salida del lado bajo del opamp. Aunque el diodo dejaría pasar más corriente, está limitada por el voltaje del suministro del diodo y el valor de la resistencia.

por favor puedes aclarar un poco mas
si fluye demasiada corriente, básicamente, el amplificador operacional no puede mantener la polarización en el fotodiodo, con un voltaje de polarización reducido, flujos de corriente reducidos,
por favor, no confunda el diodo con normal, su fotodiodo, actuaría como fuente de corriente, generando corriente a partir de la luz incidente, si una luz incidente genera pares de electrones equivalentes a 100 mA, ¿cómo podemos limitarlos?

Hay dos rutas de corriente para una fotocorriente hipotética de 100 mA; uno es a través de la resistencia de retroalimentación Rf y el otro es a través del pin de entrada del amplificador operacional.

Eso es importante, porque hay diodos de protección, desde cada pin de entrada hasta los rieles de alimentación, y conducirán a alrededor de 1V; si conducen más de 1 mA, ha excedido la corriente de entrada máxima permitida y puede esperar una falla del chip.

Incluso si NO conducen, el uso de suministros de +5 y -5 V excede el voltaje de suministro de energía permitido para este dispositivo (máximo absoluto de 5,5 V, y el esquema muestra 10 V aplicados).

El amplificador operacional no solo se saturará, sino que se quemará. Una resistencia limitadora de corriente en serie con la entrada del amplificador operacional sería un buen comienzo, y se recomendaría una resistencia de retroalimentación que maneje toda la corriente esperada, incluso en casos de alta entrada. Manténgase dentro del rango 'máximo absoluto' de la hoja de datos para la potencia aplicada en los pines de alimentación, Y la corriente en los pines de entrada.

Los 95mA permanecerán dentro del diodo, nada se quemará debido a eso. Poner una resistencia en serie cambiaría la medida. Si fuera necesario, sería mejor agregar una resistencia o diodo en paralelo desde - a tierra, ya que proporciona otra ruta y no conducirá mientras la retroalimentación sea funcional. La selección de la resistencia de retroalimentación depende del rango de medición normal esperado (y útil). Tiene razón en que la potencia excede los límites de la hoja de datos. La OAP se "quemará" debido a eso.
Esos '95 mA' serían desviados por un diodo de protección dentro del amplificador operacional, que tiene una capacidad máxima de 1 mA. Agregar una resistencia en serie con un pin de entrada de alta impedancia de un amplificador operacional no hace NADA para cambiar la salida del amplificador sin falla, pero limita la corriente en el pin durante una falla.
Ok, el diodo de protección OPAMP interno limitará la entrada '-' a 1V hasta que se rompa. La respuesta no explica por qué lo hará. Al verificar la curva V/I del fotodiodo, aprendemos que a un voltaje inverso forzado, la fotocorriente puede fluir desde el katodo.
Sin embargo, la resistencia en serie con la entrada OPAMP acumulará voltaje que cambia el voltaje del fotodiodo inverso, lo que afecta la corriente y, por lo tanto, la medición. Si quieres proteger el OPAMP a 1mA, y suponemos que 5mA está permitido y es posible gracias a Rf, entonces tendríamos que añadir una resistencia en serie de 5xRf para limitar la corriente a 1mA. A 1 mA, la caída de tensión sobre Rf sería de aproximadamente 1 V para una caída de tensión de 5 V sobre la resistencia de protección en serie. Una corriente de 4 mA ya no es posible.
Una pequeña resistencia de la entrada '-' a tierra puede proteger el amplificador operacional y al mismo tiempo permitir una medición normal. Si queremos limitar el voltaje a 1V a aproximadamente 100mA, entonces el valor máximo de esta resistencia es de aproximadamente $10\Omega$. En funcionamiento normal, la resistencia parece una resistencia de >100k para el diodo gracias a la retroalimentación del opamp.
'la resistencia en serie con la entrada OPAMP acumulará voltaje' pero solo porque el amplificador operacional está consumiendo corriente de entrada (picoamperios) a través de una resistencia de 10k ohmios (es decir, la acumulación de voltaje está por debajo de un microvoltio). Los números importan.
¿Qué sucede después de que opamp se satura?
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