Elección de los condensadores y resistencias adecuados para el circuito de transimpedancia

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Estoy diseñando un circuito para un reloj de pulso. Por lo tanto, naturalmente tengo un amplificador operacional y un fotodiodo en mi circuito.

El trabajo que quiero que realice el amplificador de transimpedancia es amplificar respectivamente la señal que es captada por el fotodiodo D1 y, además, eliminar el ruido que de otro modo obtendría en V_OUT.

La intención es conectar V_OUT a un puerto analógico en mi Arduino, en el que luego debería poder leer las fluctuaciones de la corriente (o es el voltaje, ya que una transimpedancia no se traduce en la corriente).

Soy un principiante total en esto, pero creo que logré mapear esto correctamente.

Sin embargo, no estoy seguro de que los valores que le di a mis resistores sean correctos ...

Permítame darle mi razón para elegir los valores que elegí:

Dado que no tengo ninguna "corriente negativa" en mi circuito, elevé el voltaje no inversor a 2.5v al dividir el voltaje con R5 y R8. Creo que es un voltaje razonable, ya que entonces tengo muchos Espacio libre y no causaría que la onda se "recorte".

A continuación, planeo agregar un ATtiny85 MCU , que (por lo que puedo leer) tiene una corriente" típica "de 30 mA por pin de E / S.

Sin embargo, hay un lugar en la hoja de datos donde dice "Corriente de desplazamiento de entrada del comparador analógico", que tiene un máximo de 40 mV, pero no sé realmente qué significa el parámetro.

Sin embargo, decidí colocar una resistencia de 200Ω antes de la V_OUT, porque entonces con la salida máxima obtendría algo como 5 / 0.2 = 25mA. Lo que debería estar bien, y por lo tanto permite una lectura granular más fina a diferencia de si tuviera, por ejemplo. una resistencia de 1 kΩ, que produciría una corriente máxima de 5 mA.

El fotodiodo que planeo usar es: enlace

Y aquí es donde las cosas se ponen difíciles para mí. Especialmente, porque no sé qué valor dar a R6, ya que la corriente en el fotodiodo será dinámica.

Además, no estoy seguro de los condensadores.

Mi razonamiento me dice que C3 debería tener un valor faradio relativamente grande, ya que obviamente no querría ningún ruido proveniente del cable Gnd.

Además, mi intuición me dice que debo ir con 0.1µf tanto para C1 como para C2, pero eso obviamente no es "óptimo" en términos de limitar la mayor cantidad de ruido posible.

Para resumir:

  • ¿Este circuito es correcto? es decir, ¿mis suposiciones también son correctas?

  • ¿Cómo decido los valores para C1, C2, R6 y C3?

Y por último, ¿qué amplificador de tipo DIP elegirías para este trabajo?

    

1 respuesta

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Voy a seguir adelante y combinaré mis comentarios en una respuesta.

  • Lo primero es conocimiento de fondo.

Lo vinculé a este documento en los comentarios. Aquí está de nuevo.

Mencionas que ya lo habías visto. Te sugiero que mires más de cerca. Entra en el proceso de diseño para seleccionar el circuito y las partes. También ha completado sugerencias basadas en ciertas suposiciones que provienen del conocimiento sobre el tema.

Dice que quiere entender lo que hace y cómo funciona; ese documento lo explica y pasa a la ciencia de lo que está haciendo.

  • partes

Echemos un vistazo al amplificador de transimpedancia, esa es la parte que preguntaste.

Aquí está el amplificador de transimpedancia del documento NXP:

Explicacómocalcularelvoltajedesalidaesperadoapartirdelacorrientedeldiodo.

Lacorrienteesperadasepuedeencontrarenlahojadedatosdelfotodiodoqueestáutilizando.

Lahojadedatoslebrindalacorrienteesperadaparaunaintensidaddeiluminaciónespecíficaqueprobablementeseamásaltaquelaqueobtendráconundedo.Apartirdeesopuedescalcularunaresistenciaparaempezar.Prototipoconesevaloryversiobtienesuficientevoltaje.Esperatenerquecambiarloparaobtenermásvoltaje.

EldocumentoNCPexplicacómocalcularlafrecuenciadecorteparaelfiltrodepasobajoqueformapartedelamplificadordetransimpedancia,ydaunejemplo.Deberácalcularelcondensadoradecuadoenfuncióndelaresistenciaderealimentaciónqueseleccionóparasucorrienteesperada.

Elcorteseleccionadonofueelegidoalazar.NXPmásadelantemencionaunfiltrodepasodebandaqueseimplementaenelsoftwareytieneuncortesimilarenelladoalto.

Acontinuación,detallaloscircuitosparalimpiarlaseñal.Explicadelamaneramássencillaposiblecómocalcularlosvaloresutilizadosenlosfiltrosyporquéseutilizacadaetapa.

  • cálculos

NXPdetallacómocalcularlasaturacióndeoxígenodelasangre:

Parece que solo necesitas el pulso, en cuyo caso no necesitas dos colores LED diferentes. Uno es suficiente.

De cada color de LED, obtienes una señal como en ese ejemplo. La relación de las dos señales de color le proporciona la saturación de oxígeno.

La señal de cualquiera de las dos señales contiene el pulso. Use la entrada del comparador ATTiny y un temporizador para contar el tiempo entre pulsos. Desde el intervalo de tiempo hasta la frecuencia de pulso debería ser un cálculo fácil.

Las partes más críticas de las partes que preguntaste son C1 y R6. Esos están cubiertos arriba.

Los otros son condensadores de desacoplamiento. Cualquier cosa desde 100nF a unos pocos uF estará bien.

Sin embargo,

C2, en particular, debe colocarse cerca de los pines de alimentación opamp. Lo más cerca posible físicamente, y con las conexiones más cortas posibles. Esto es necesario para ayudar a evitar que el ruido de la sección digital (AATiny) entre en el opamp.

Entonces, mira bien. Todo lo que necesita saber está en ese documento de NXP.

Si las ecuaciones no tienen sentido, pregunte sobre ellas aquí (una nueva pregunta). La mayoría de ellas son ecuaciones básicas que necesitará para el trabajo general con electrónica.

    
respondido por el JRE

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