Gran capacitancia de fotodiodo

El problema principal con los fotodiodos de gran capacitancia es elegir el amplificador operacional correcto. Se trata de elegir el amplificador operacional con el ruido de voltaje de entrada más bajo porque este ruido se amplifica significativamente a frecuencias más altas. Supongo que se usa una configuración de amplificador de transimpedancia porque este será normalmente el circuito de elección si desea medir la luz desde CC hacia arriba hasta alguna alta frecuencia.

Incluso para comunicaciones de velocidad media (donde la CC no es un problema), normalmente se usa un amplificador de transimpedancia. Por encima de 1 Gbps existe una tendencia creciente a no utilizar TIA debido a otros problemas.

De todos modos, el problema básico será el ruido de voltaje de entrada del amplificador operacional: -

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

C1 es la autocapacitancia de los fotodiodos y el ruido de entrada del amplificador operacional que he puesto en la entrada no inversora porque esa es la forma más fácil de ver el problema.

Claramente, a baja frecuencia, el ruido apenas se amplifica, pero a medida que aumenta la frecuencia, la ganancia del circuito se convierte en: -

$1 + \dfrac{R1}{\frac{1}{2\pi f C1}} = 1+ 2\pi f C1 R1$

Si C1 es 300pF y F es 300 kHz, entonces la ganancia de ruido es de aproximadamente 29 y la salida será un desastre. Lo que se hace para contrarrestar esto está más allá del alcance de esta pregunta, pero se llama arranque y, con bastante frecuencia, usa un JFET; esto puede reducir la capacitancia en aproximadamente 10: 1 y, en el ejemplo anterior, la ganancia de ruido sería aproximadamente 4.

¿Qué pasa con la corriente de ruido del amplificador operacional? Bueno, a medida que aumenta la frecuencia, C1 desvía esto cada vez más, por lo que se convierte en un problema menor a altas frecuencias que a bajas frecuencias, pero a bajas frecuencias la corriente de ruido producirá una salida que es actual * R1 así que tienes que ser consciente de esto.

Analog Devices tiene una gran herramienta para resolver problemas de fotodiodos: -

Aquí elegí un fotodiodo con una capacitancia de 300pF, una corriente de fotodiodo de 10uA y el sitio eligió un amplificador operacional y realizó los cálculos; no siempre elige el amplificador operacional correcto y usted tiene la opción de elegir diferente amplificadores operacionales.

He usado esto para un trabajo y los números salieron más o menos como sugería la herramienta.

De todos modos, en resumen, no es la autocapacitancia del fotodiodo lo que causa un problema, es cómo el circuito vive con la inevitable ganancia de ruido que provoca esta capacitancia.