He intentado la configuración de transimpedancia y funciona, pero el ruido
y las fugas aleatorias causan muchos problemas
He aquí por qué tiene un problema de ruido con un TIA (todo tiene que ver con la capacitancia parásita): -
Cadaamplificadoroperacionaltieneunafuentederuidodeentradainterna"inconvenientemente" ubicada en serie con cualquiera de las entradas y, por el bien de lo que estoy tratando de demostrar, lo he mostrado en serie con Vin +.
Así que tienes "placas de recolección de iones" y estas forman una capacitancia a tierra de quizás 100 pF (conjetura). No importa cuál sea el valor exacto, ya que cualquier capacitancia causará lo que se conoce como ganancia de ruido (el gran escollo de algunos circuitos TIA).
Entonces, olvídate de tu entrada de corriente de iones reales y concéntrate en que el ruido se amplifique por el siguiente factor:
\ $ 1 + \ dfrac {R_f} {X_C} \ $ (eso es lo que hará una etapa de ganancia no inversora y eso es lo que tienes!)
Ahora, por simplicidad, digamos que entre DC y 10 Hz tiene una densidad de ruido de voltaje promedio de ~ 100 nV / sqrt (Hz). Sobre un ancho de banda de 10 Hz que se convierte en 100 nV * sqrt (10) = ~ 300 nV RMS.
Xc a 1 Hz es 1.59 G ohmios, por lo que su ganancia de ruido a 1 Hz es 1 + 100 / 1.59 = ~ 64, lo que hace que su ruido de salida sea de aproximadamente 19.2 uV RMS.
Esto es solo una explicación simplificada de dónde surge el ruido "dentro de banda" básico en un TIA debido a la "ganancia de ruido". Claramente, en (digamos) 10 kHz, la reactancia capacitiva es mucho, mucho más baja y tiene mucho ruido "fuera de banda". Por lo tanto, a 10 kHz tiene una reactancia de 159 kohms y una ganancia de ruido de 628,000 (consulte "canje" a continuación).
Este ruido de entrada (entre 1 kHz y 100 kHz) es de ~ 6nV * sqrt (99k) = 1.9 uV y, debido a la ganancia de ruido, aparecerá en la salida a un nivel de 1.19 V RMS y podría fácilmente saturar su señal macizamente. Sin embargo, debe recordar que está fuera del ruido de la banda y se puede filtrar fácilmente.
También se debe considerar el ruido térmico de la resistencia de 100 G ohmios.
Los cálculos anteriores no son más que una regla de oro para el estacionamiento de la pelota. Y ahora un trozo de realidad que ayuda ...
Redención
Veo que tienes Cf puesto a cero pF. Suponiendo que los parásitos aportarán algo en el reino de 0.5 pF, su ganancia de ruido comenzará a reducirse a aproximadamente 3 Hz, por lo que reducirá significativamente el ruido de salida "fuera de banda" porque la ganancia de ruido ahora se reduce a frecuencias más altas, lo que significa una ganancia de ruido de 628 k es imposible, te estoy guiando poco a poco.
El resultado final es que la ganancia de ruido a frecuencias más altas se convierte en la relación de las dos reactancias capacitivas (retroalimentación dividida por capacitancia de entrada) y en mi ejemplo la ganancia de ruido (debido a la capacitancia parásita de realimentación de 0.5 pF y la capacitancia de entrada de 100 pF ) será ~ 200. La ganancia de ruido en banda seguirá siendo 64 a 1 Hz porque a esta baja frecuencia, la resistencia de 100 G ohmios es más dominante que un condensador de 0.5 pF.
Circuito inferior
La capacitancia de la placa de 100 pF y la resistencia de entrada de 100 G ohmios lo convierten en un filtro de paso bajo con un corte de 0.016 Hz, es decir, bastante inadecuado para una frecuencia máxima en banda de 2 Hz. El TIA sigue siendo la mejor opción a pesar de los problemas de ruido.
