Trabajar con amplificadores operacionales de retroalimentación actuales [CFA]

Antes de entrar en el problema:

Mi aplicación es una detección de pulso láser. En este proceso, cuando un pulso láser cae sobre un fotodiodo, genera corriente. Las etapas posteriores incluyen una conversión IV, ganancia, amplificador diferencial y comparador.

Mi problema actual con la conversión IV se puede ver aquí .

Características de mi pulso:

pulse width min: 10 ns max: 150 ns rise/fall time: 2 ns - 5 ns pulse to pulse width:22 µS

Cómo seleccioné el amplificador operacional para las etapas del amplificador de ganancia y diferencia

Parámetros clave: BW- ancho de banda y SR- Slew Rate

De esta literatura encontré que mi BW se puede calcular mediante la fórmula:

BW= 0,35/( rise time) = 0,35/5 ns =70 MHz

Ahora se va a calcular la velocidad de respuesta:

SR= 2 * 3,14 * BW* Vp= 2 * 3,14 * 175 MHz * 4 V = 2198 V/µs

Entonces, la coincidencia de estos dos parámetros es un CFA AD8003 de Analog. Cuando busco altas velocidades de respuesta y alto BW, ¡casi todos los amplificadores operacionales disponibles son CFA!

¿Qué me preocupa?

Sin ninguna noción cuando usé CFA para mi etapa de amplificador de diferencia, con ganancia unitaria usando una resistencia de 500 ohmios para Rf y Rb , los resultados parecían estables, pero es esta declaración de la literatura técnica de Texas Instrument , que dice claramente:

La primera diferencia entre la retroalimentación de voltaje y la retroalimentación de corriente: la impedancia de entrada de las entradas del amplificador operacional de retroalimentación de corriente es muy diferente. Debido a que la entrada inversora tiene baja impedancia, los amplificadores de retroalimentación de corriente no son buenos para sistemas balanceados como los amplificadores diferenciales.

CFA como amplificador diferencial

Ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces mis resultados son así para un amplificador de diferencia seguido de un comparador. El pulso aquí tiene un ancho de 10 ns y tiempos de subida y bajada de 1 ns y se repite a una velocidad de 150 ns.

Ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por qué el pulso está bastante expandido? No entendí qué etapa del condensador lo ha hecho.

CFA como amplificador con ganancia

Ingrese la descripción de la imagen aquí

Los resultados para el circuito anterior tampoco son los deseados (solo veo una salida de 0 V), ¿por qué?

Los CFA tienen una baja impedancia en el terminal inversor (como la base de un transistor), mientras que los VFA tienen altas impedancias en ambas entradas, el ancho de banda VFA * ganancia es algo fijo, por lo que más ganancia = menos ancho de banda, mientras que un CFA no tiene eso. limitación y puede dar mucho ancho de banda incluso con altas ganancias

Respuestas (3)

No hay nada malo con su circuito. El amplio ancho de pulso se debe a que está alimentando su diff_amp_out a un comparador.

Solo puede proporcionarle un pulso de voltaje completo si la entrada (en este caso) está incluso ligeramente por encima de cero voltios. Me gusta cómo su alcance muestra los pequeños retrasos de una etapa a otra.

Puede ajustar el nivel de 'viaje' del comparador, pero la salida siempre será de +5 V.

Si solo desea amplificar diff_amp_out, agregue otro amplificador operacional AD8003 y configure su ganancia para que se ajuste a sus necesidades. Al menos mantienes el ancho de pulso de tu señal real . Es cierto que trabajar con estos pulsos nS es difícil.

Los amplificadores CFA están diseñados para retroalimentación de corriente, lo que reduce la impedancia de entrada, pero aumenta en gran medida su ancho de banda y respuesta de alta frecuencia en comparación con VFA.

Todos los amplificadores de video y RF son del tipo CFA. Los VFA son los mejores para mediciones de audio y CC de precisión.

mi pregunta es por qué la salida del amplificador de diferencia es bastante diferente, me refiero a un tipo de carga y descarga, en lugar de un pulso estrecho similar a la entrada
@kakeh. La velocidad de respuesta en las salidas depende de la carga y/o la resistencia de realimentación. Normalmente, estas frecuencias se canalizan a través de circuitos de impedancia de 75 ohmios (consulte algunas cosas de rf en línea). Seguiría bajando esos valores en la salida del IC para agudizar los tiempos de subida y bajada de la forma de onda hasta que se alcance el límite de amperaje. Posiblemente 150 ohm para carga y 150 ohm para retroalimentación.

Debe comenzar con el diseño del amplificador de transimpedancia de entrada + fotodiodo. Para obtener esa velocidad fácilmente, es probable que deba limitarse a un fotodiodo pequeño (1 mm 2 aproximadamente) de baja capacitancia.

Entonces debería entrar en el diseño complicado del amplificador de fotodiodo de transimpedancia de alta velocidad (puede buscar mucho en Google), por ejemplo:

Se trata de la optimización del límite de ruido/BW/DC. Si su señal es lo suficientemente fuerte, por lo que no le importa el ruido, es más fácil. En el caso más simple de una señal muy fuerte, puede usar solo una resistencia de derivación. Si no le importa el componente de CC, puede usar un transformador de pulso de RF (balun) para convertir la impedancia 1: 4, obtener la señal en un coaxial de 50 ohmios (impedancia 12.5 visible para el fotodiodo) y usar el amplificador Minicircuits ZFL-1000 o similar.

Para obtener la mejor señal/ruido a alta velocidad, se puede utilizar un fotodiodo de avalancha, PMT (dependiendo de la longitud de onda) o incluso SiPm (Sensl, etc.).

lo que dijiste sobre la capacitancia del fotodiodo es absolutamente correcto, ese es el principal culpable de la conformación completa del pulso, pero por ahora tengo que ir con el PD que tiene una capacitancia de 12pF, ya que algunos días estuve trabajando en lo que compartiste, puedes responder mi problema de análisis de ruido: electronics.stackexchange.com/questions/237600/…

Tengo algunas dudas sobre tu diseño.

Primero, parece que todo el amplificador AD8003 no tiene sentido: primero atenúa la señal de entrada 2 veces por R4 R6 y luego la amplifica 2 veces por U1 R3 R5. ¿Por qué no enviar la entrada directamente al comparador de alta velocidad?

Los tiempos de subida/bajada de su señal óptica son tan cortos que no puede mejorar la calidad de la señal con AD8003, solo la empeora, como vemos en sus imágenes.

Segundo, R2 en paralelo con R4 R6 no tiene significado.

Entonces, la pregunta básica es: ¿para qué usa la etapa AD8003?

es un circuito genérico, el R2-C2 y el R8-C4 son HPF de fc=5Mhz, el R4 - R6 y R3-R5 es un circuito amplificador diferencial con ganancia unitaria, para su información sobre el amplificador diferencial electronics-tutorials.ws/ opamp/opamp_5.html , por lo que la etapa de AD8003 es un amplificador de diferencia, en realidad la entrada puede ser diferente, es decir, de diferentes fotodiodos, por lo que esta etapa, la pregunta es sobre cómo explotar CFA AD8003, puede descargar TINA de TI y simular para comprender el circuito, gracias por su valiosa respuesta
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