Límite de ancho de banda del amplificador de transimpedancia [cerrado]

  

¿Qué limita el ancho de banda que puede lograr en una transimpedancia?   amplificador?

Supongo que esta pregunta podría estar relacionada con el motivo por el cual un capacitor de realimentación se coloca en la resistencia de realimentación de transimpedancia en muchos diseños; particularmente para amplificadores de fotodiodos como este: -

Consulteelcondensadorde3.8pFalquemerefiero:reduceelanchodebandaenalgunosdiseñosyestáahíporunarazón.Paracomprenderestemotivo,debeconsiderarquecadaamplificadoroperacionaltieneunafuentederuidodentrodesusentradas.Lashojasdedatosserefierenaestocomo\$e_n\$generalmente.Entoncesimagineunaconfiguracióndeamplificadornoinversorquetenga\$e_n\$ensuentradanoinversoraa0voltiosy,enlaentradainversora,seencuentralaresistenciaderealimentaciónnormaldelasalidamásuncondensadordelaentradaa0voltios.

Elcapacitoralquemerefieroeslaautocapitanciadelfotodiodo.

Acontinuación,pregúntesecuáleslaecuacióndeganancianoinversoradeestecircuitocuandoestáformadaporunaresistenciaderealimentaciónyuncondensador(talvezde1pFacientosdepF).Enfrecuenciasaltas,laganancianoinversoraesmuyalta.Laresistenciaderealimentaciónpuedeserde1Mohmsegúneldiagramadearribayelfotodiodopuedetener10pFdecapacitancia.Estosignificaque,aunafrecuenciadesolo15.9kHz,lagananciaestácomenzandoasubir.

¿Quéefectotieneesto?

Comienzaaamplificarelruidodeentradaautogeneradodelamplificadoroperacionalyestopuedeserunproblema.En159kHz,laamplituddelruidoesdiezvecesmayorqueen15.9kHzydeberíapoderverqueloúnicoquepuedelimitarestagananciaderuidoeselanchodebandadebucleabiertodelamplificadoroperacional.

Acontinuaciónsemuestraunaimagendelagananciadebucleabiertodeunamplificadoroperacionalrápido.Lagananciadebucleabiertoestáenazul:-

EnrojoeslagananciaTIAresultantegananciadevoltajenoinversora;comienzaabajasfrecuenciasaunvalorde1(0dB)ya15.9kHzcomienzaaaumentara20dB/décadacuandolaautocapitanciadelfotodiodocomienzaatenerefecto.Lalíneaverdequehemostradoeselefectodeagregaruncondensadorderealimentación:reducelagananciaderuidodelcircuito.

Entonces,sideseaunaformadeondarazonablementelimpiadesuamplificadordefotodiodo,debecontrarrestarelefectodeloquesedenomina"ganancia de ruido" y esto significa limitar la respuesta de manera significativa. Recuerde que el condensador agregado solo intenta limpiar el ruido del circuito, pero cada pF que se agrega directamente atasca la señal principal del fotodiodo.

Por supuesto, no tiene que ser un fotodiodo; Cualquier señal de corriente que se amplifique mediante un TIA (amplificador de transimpedancia) puede tener autocapitancia o capacitancia del cable en el cableado, lo que provocará el mismo problema.

El fotodiodo limita el ancho de banda, ya que el opamp tiene que absorber la carga fotónica del fotodiodo, a través de la resistencia de realimentación.

La capacitancia del fotodiodo y la resistencia de realimentación forman un RC LowPassFilter, que proporciona un cambio de fase adicional en el comportamiento de estabilidad del bucle.

¿Resultado? Inestabilidad, picos, zumbidos, oscilaciones. Como se muestra a continuación.

AquíhayunaformadetiempodeTIAcon750pFenelnodode"tierra virtual".