Cómo lograr una entrada de alta impedancia en OPAMP sin sacrificar el ancho de banda

Una aproximación al búfer de alta impedancia de entrada con un amplificador operacional es crear un búfer de ganancia unitaria no inversora, usando un amplificador operacional de impedancia de entrada muy alta, como el Intersil CA3140 (1,5 Tera Ohms), o Texas Instruments OPA2107 (10 Tera Ohms), que tienen un Producto de Ancho de Banda de Ganancia de 4.5 MHz.

_{(De Wikipedia )}

En una configuración de búfer de ganancia unitaria no inversora, la impedancia de entrada del búfer es la impedancia de entrada del propio amplificador operacional, y el ruido de resistencia se minimiza / ninguno.

Otro factor, sin embargo, es la capacitancia de entrada de estos amplificadores operacionales, 4 pF en el caso de estos dos ejemplos de amplificadores operacionales. Esta capacitancia misma cargaría la señal entrante, si la frecuencia de la señal es muy alta.

Como la pregunta no indica el ancho de banda deseado, no se puede verificar la idoneidad y el impacto de capacitancia de los amplificadores operacionales sugeridos. El uso de un modelo de especias para uno de estos en la simulación puede ayudar en esto.

Según los comentarios posteriores, para un ancho de banda de ganancia unitaria de 100 MHz deseado, el Texas Instruments OPA355 o OPA356 funcionaría, con su GBW de 200 MHz y una impedancia de entrada de 10 TeraOhms junto con una capacidad de solo 1.5 pF.

El problema con su simulación posiblemente no sea el ancho de banda de su amplificador de entrada; es el modelo de su sonda de osciloscopio 10: 1.

Lo estás modelando como una resistencia de 9 Megohm; alimentación de una etapa de entrada (nominalmente) de 1 megohm.

Una etapa típica de entrada de osciloscopio es en realidad 1 megohm en paralelo con 20pf (la capacitancia varía según el modelo de alcance) y, por lo tanto, la sonda debe tener esto en cuenta.

Lo hace con una pequeña capacitancia en paralelo con la resistencia de 9Megohm. Para hacer frente a la capacitancia de entrada de 20pf, la capacitancia paralela debe ser 1/9 de este valor, o alrededor de 2.22pf. Tal capacitancia es difícil de generar; por lo tanto, se utiliza un condensador variable, y probablemente se haya sometido al ritual de calibrar una sonda de alcance nueva (¡o prestada!) antes de usarla.

La forma de onda que muestra parece una sonda de alcance muy mal calibrada, por lo que debe hacer lo mismo con su modelo SPICE, antes de preocuparse por el opamp. Pruebe 2pf a través de la resistencia de 9 megohm, ajuste el valor para obtener la máxima planitud de una onda cuadrada. (O calcule el valor a utilizar, a partir de los detalles del modelo opamp). Si el resultado aún no es lo suficientemente bueno, entonces intente las sugerencias de Anindo.

EDIT: es difícil leer su esquema: si la resistencia de 1000k está realmente en serie con la entrada opamp y el condensador C3 está realmente en corto, hay otros problemas que solucionar primero.

Brian tiene razón acerca de la sonda y la necesidad de una tapa paralela. Además, combinada con la alta impedancia de entrada, la pequeña capacitancia de entrada del opamp hace una gran diferencia a altas frecuencias. El 2pF se combina con la resistencia de entrada para formar un filtro de paso bajo. No puedo ver en su esquema qué es exactamente lo que está modelando, pero analizaré la entrada de la sonda y del alcance en sí.
Si desea modelar una sonda con mayor precisión, necesitará algo como el que se muestra a continuación en el pdf vinculado, con una tapa de ajuste paralela de 9MΩ en el lado de la sonda, luego la línea de transmisión y la compensación en el lado de entrada. Luego puede agregar esto al circuito que se muestra a continuación para una simulación completa de la sonda y la entrada + búfer.

Yomismohediseñado/construidounpardeDSOrazonablementedealtavelocidad(hasta500Msps),puedodecirquelapartedelanterapuedepresentartantosproblemascomoeldiseño,diseño,FPGA,etc.Esdondemuchosdeestosdispositivosportátilesdegamabajalosámbitossecaen(porejemplo,veaDaveJones revisión de la QDSO )

Suponiendo que tiene una sonda de buena calidad con un circuito de compensación en el extremo BNC (el diseño de la sonda es un arte en sí mismo, la línea T está intencionalmente con pérdidas - vea El mundo secreto de las sondas del osciloscopio para una excelente lectura) luego el separador frontal necesita permitir para la capacidad de entrada de los buffers op-amp.
Aquí hay un circuito de ejemplo de entrada de alcance "típico" que se divide entre 2 y 20, que ilustra la diferencia entre la compensación / no compensación con solo 2pF de capacitancia de entrada.

Circuito (C2 y C5 normalmente serían tapas de trimmer que se ajustan en el momento de la calibración)

SimulacióndebarridodeCAhasta100MHz

Misma simulación - condensadores removidos. El ancho de banda es inferior a 1MHz!

Hola chicos, he conseguido algo como esto, es un preamplificador completo con simulación de sonda como línea de transmisión con pérdida.

Quetieneunarespuestadefrecuenciacomoesta(medidaenR8),tieneuncortede-3dBenalgúnlugara100MHz.

Lo que en realidad es bastante bueno para 200MSPS ADC que estoy a punto de usar.

¿Crees que podría ir mejor con este OPAMP? Solo tengo curiosidad, creo que esto funcionará.