Amplificador de transimpedancia de arranque (TIA) - Inestabilidad de alta frecuencia

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He construido un amplificador de transimpedancia con la esperanza de lograr un rendimiento de alta ganancia (5kΩ) y de alto ancho de banda (50MHz) utilizando el fotodiodo FGA21, el Op-Amp OPA657 y el transistor 2N2369. Las especificaciones clave incluyen:

  • Producto de ancho de banda de ganancia: GBW = 1.6GHz
  • Capacitancia del fotodiodo: Cd > 100pF

Para ampliar el ancho de banda del amplificador, he implementado la arquitectura bootstrap, como se ilustra en la siguiente figura:

Aquíelfotodiodoesreemplazadoporelcircuitoequivalente.Estecircuitohasidoconstruidoyparaconfirmarunfuncionamientoestableseregistróunamediciónderuidodevoltaje:

Estomuestraunafunciónderuidobrillantea50MHz,locualesproblemáticoyaqueestácercadelabandadefrecuenciadeinterésparanuestraaplicación.Paraexplorarmásestecomportamiento,lasalidadeldetectorsemidióenunosciliscopioyseobservóunasalidadeCCde+120mVlimpia,loqueesconsistenteconlacorrientedebaseproporcionadaporeltransistor.Cuandoseiluminaelfotodiodo,lasalidacomienzaadisminuircomoseesperabaenunamplificadorinversor,sinembargo,amedidaqueseacercaa0V,lasalidacomienzaaoscilardramáticamente(amplitudde+500mV)alafrecuenciaderesonanciade50MHz.Lasugerenciadeestacaracterísticaderesonanciaseestáexcitando.

Misúnicasexplicacionessonlassiguientes:

  • Eltransistor2N2369noeslosuficientementerápidoparagarantizarlaestabilidada50MHz
  • Y/ocuandoseiluminaelfotodiodo,lacorrientedelfotodiodocontrarrestalacorrientedebaseyapagaeltransistorcuandoalcanzaunnivelapropiado,reduciendoaúnmáslagananciaa50MHzycausandooscilacionesdramáticas.

Sinembargo,noestoyconvencidodeningunadeestasrespuestas,yaqueelmodeloSPICEdeestecircuitonoprediceresonanciasenestasfrecuencias.Cualquierideasobrelacausa/solucióndeestosproblemasseríamuyapreciada.

(EDITAR:encuentreeldiseñodeltableroacontinuacióncomoreferencia)

    
pregunta J-Pease

2 respuestas

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No estoy 100% convencido de que el OPA657 pueda producir excelentes resultados cuando se opera utilizando un circuito bootstrap como usted lo ha hecho. El bootstrap realiza una función principal y es "convencer" al circuito TIA de que la autocapitancia del fotodiodo es mucho más pequeña.

Tener una capacitancia de fotodiodo más pequeña significa que la ganancia de ruido se reduce significativamente y puedes "permitirte" reducir el capacitor de realimentación para obtener más ancho de banda. Sin embargo, el OPA657 se compensa internamente por ganancias de diez y esto significa que en las ganancias de unidad cercana podría volverse inestable o mostrar signos de ruido excesivo. Considere esta sección de la hoja de datos: -

EstoesparaunTIAconvencionalsinarranquey,aunquepuedepensarqueesunagananciaunitaria,noloes.Laganancia"verdadera" en las frecuencias altas es aproximadamente 49 pF / 0.55 pF = 90. No estoy hablando de Vo / Iin aquí. Estoy hablando de ganancia de ruido y la ganancia de ruido es de aproximadamente 90 en las frecuencias altas. Sin embargo, esto está vinculado por la característica de ganancia de bucle abierto a aproximadamente 8 (ver figura 9.2.3).

En otras palabras, tiene una ganancia de alrededor de diez, es decir, el punto para el que se optimiza la compensación interna.

La conclusión es que estoy señalando esto y diciendo que este amplificador operacional no es adecuado para usarlo como un TIA de arranque, pero podría haber otras razones, como una mala disociación en los rieles de suministro, un mal diseño de PCB, etc.

    
respondido por el Andy aka
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Una, ah, base que deberías cubrir: es sorprendentemente fácil construir un oscilador accidental de Colpitt con un transistor NPN de propósito general.

La cura habitual para esto es una " tope de base "resistencia : una resistencia pequeña (comience con 100R y reduzca si puede) inmediatamente en serie con la base (tan cerca como sea físicamente posible, para minimizar el acoplamiento capacitivo en el base).

Como la corriente de base es baja, esto debería tener un efecto mínimo en las señales deseadas.

    
respondido por el Brian Drummond

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