Problem mit gesättigtem Transimpedanzverstärker

Ich verwende einen Transimpedanzverstärker mit einer BP104- Silizium-PIN-Fotodiode, um eingehende Impulse von einer Infrarot-LED mit einer Frequenz von etwa 100 kHz zu empfangen. Hier ist der relevante Teil meines Schaltplans:

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Ich habe keine spezifischen Werte für das Rückkopplungsnetzwerk aufgenommen, da dies bei allen von mir getesteten Werten vorkommt. Hier ist nun das Problem: Dieser Empfänger funktioniert nur darüber hinausein bestimmter Abstand zwischen der Sende-LED und der Fotodiode; dieser Abstand hängt von der Verstärkung ab, die der Wert des Rückkopplungswiderstands ist. Wenn ich es zu nahe an der IR-LED habe, wird der Ausgang nur mit meiner Versorgungsspannung (+10 V) gesättigt. Irgendwelche Ideen, warum dies passiert? Ich weiß, dass es nicht einfach der Kondensator ist, der sich auflädt, wie es auch ohne den passiert. Meine beste Vermutung ist, dass ich, wenn ich die LED zu nahe habe, zu viel Strom erzeuge, der versucht, die Ausgangsspannung über ihre maximale Grenze hinaus hochzuziehen, wodurch sie schießt und sie intern beeinflusst. Ich habe jedoch Probleme, mich davon zu überzeugen, da meine Übertragung eine Rechteckwelle mit 50% Arbeitszyklus ist, sodass während der Hälfte des Zeitraums überhaupt kein Signal vorhanden ist und der Ausgang dennoch konstant auf +10 V gehalten wird. Verursacht eine so intensive Bestrahlung der Fotodiode, dass ein Strom durch die LOW-Teile des Signals fließt? Dies ist das erste Mal, dass ich einen Transimpedanzverstärker in einer ernsthaften Anwendung verwende, daher mag dies offensichtlich sein. Vielen Dank im Voraus für jeden Einblick oder Tipp.

Bearbeiten : Hier ist ein Diagramm, das die Widerstandswerte zeigt, die ich getestet habe. Genauer gesagt, es zeigt meine maximal übertragene Entfernung im Vergleich zum Widerstandswert (Verstärkung). Die blaue Kurve ist meine theoretische Vorhersage und die roten Punkte sind meine Daten.

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Welche Widerstands- und Kapazitätswerte hast du probiert?
@helloworld922 Ich habe meinen Beitrag so bearbeitet, dass er eine Handlung enthält, die nützlich sein könnte. Eine Kapazität von 2 pF scheint gut zu funktionieren, außer bei hohen Verstärkungen, bei denen es in Ordnung zu sein scheint, keinen Kondensator zu haben. Ich brauche etwas Ruhe, werde aber in ein paar Stunden antworten, wenn Sie antworten.
Haben Sie das IrDA-Design gesehen, um Sättigungsprobleme zu vermeiden? vishay.com/docs/82633/tfbs4711.pdf

Antworten (2)

Du überlastest den Verstärker. Die Wiederherstellung nach Überlastung kann sehr schnell erfolgen, aber 1 Millisekunde ist keine Seltenheit, und selbst mit Multi-MHz-GBW-Operationsverstärkern sind mehrere zehn Millisekunden möglich.

Es gibt Verstärker wie den OPA380 , der eine Überlastungswiederherstellung von 100 ns hat.

Ich sehe keine Zahl für den LF357, Sie können ihn messen, wie in diesem klassischen Anwendungshinweis AN356 von Analog Devices vorgeschlagen .

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Perfekt, vielen Dank für die Antwort. Haben Sie persönliche Empfehlungen, wie Sie dieses Problem umgehen können, ohne den Operationsverstärker zu ändern? Ich sehe in diesem Anwendungshinweis (der großartig ist) in Abbildung 10, dass es für dieses Problem eine „Klemmschaltung“ gibt, die ich bauen werde, wenn mein Labor über die Komponenten verfügt. Was würden Sie jedoch empfehlen, wenn dies nicht der Fall ist? Danke noch einmal.
Die Klemmschaltung ist ein vernünftiger Ansatz, obwohl sie nicht so einfach ist. Ich denke, das Endergebnis ist, dass die FD333-Dioden effektiv parallel zur PD und nicht zum Rückkopplungswiderstand enden, was viel besser ist, und die Zenerkapazität fällt ab die Gleichung (die 1N4148-Kapazität ist eine Last am Ausgang). Persönlich würde ich den 6-Dollar-Operationsverstärker kaufen. Die Dioden mit geringem Leckstrom werden schwer zu finden sein Dioden.
Ich sehe, dass die maximale Ausgangsleistung für den OPA380 weniger als 10 V beträgt, was ich brauche. Gibt es einen anderen Operationsverstärker mit einer kleinen Erholungszeit, den Sie vorschlagen würden? Vielen Dank im Voraus
Vielleicht AD8067. Begrenzungsverstärker sind nett, aber nicht viele, die Hochspannung sind.

Spero hat Recht. Der "offensichtliche" Weg, das Problem zu beheben, besteht darin, den Wert des Rückkopplungswiderstands zu verringern. Dies wird natürlich Ihre maximale Reichweite beeinträchtigen.

Die zweite "offensichtliche" Möglichkeit, dies zu beheben, besteht darin, einen Zener von, sagen wir, 7,5 Volt über den Rückkopplungswiderstand zu legen. Leider funktioniert dies nicht, da solche Zener Sperrkapazitäten von ~ 50 pf haben und dies Ihren Frequenzgang bei Megaohm-Widerständen, wie Sie sie verwenden, zunichte macht. Ich würde eine Reihe von 4 oder mehr 1N4148-Dioden vorschlagen, Anode am Operationsverstärkerausgang. Sie können die Kniespannungen auf einen beliebigen Wert summieren, und die Reihenschaltung verringert die Gesamtkapazität. Dies bedeutet mit ziemlicher Sicherheit, dass Sie Ihren Rückkopplungskondensator loswerden müssen.

Danke für die Antwort! Ich bin etwas verwirrt darüber, warum mir die Rückkopplungsdioden helfen würden (ich bin neu in der Elektronik). Ist die Idee ähnlich der Klemmschaltung (Abb. 10) in der Anwendungsnotiz, auf die Spehro verweist? Dh verhindert es, dass die Ausgabe gesättigt wird? Wenn ja, wie wirken die Dioden, um dies zu erreichen? Nochmals vielen Dank, und ich würde Sie positiv bewerten, wenn ich genügend Reputationspunkte hätte.
Ja, es ist wie Abb. 10, aber einfacher. Das Problem mit Ihrer Schaltung besteht darin, dass der Rückkopplungsstrom nicht mithalten kann, wenn der Eingangsstrom zu hoch wird, da der Operationsverstärker nur einen begrenzten Ausgangsspannungsbereich erzeugen kann. Mit einer oder mehreren Dioden in der Rückkopplungsschleife steigt der Diodenstrom nach einem bestimmten Punkt (Kniespannung der Dioden, ~ 0,7 V / Diode) sehr schnell an und ermöglicht einen Ausgleich des Stroms am Eingang. Dies bedeutet, dass der Ausgang nicht mehr linear zum Eingang ist, aber solange die kombinierten Kniespannungen hoch genug sind, ist das kein Problem.
Siehe zum Beispiel nxp.com/documents/data_sheet/1N4148_1N4448.pdf , Abb. 3 für Spannung/Strom einer Diode. Wie Sie sehen können, ist der Strom bei Spannungen unter 0,6 Volt im Wesentlichen Null, aber wenn er 0,8 Volt erreicht, liegt er im zweistelligen mA-Bereich. Die Verwendung normaler Signaldioden auf diese Weise ergibt eine sehr weiche Grenze - das heißt, der Ausgang hört auf, linear zu sein, lange bevor die Grenze erreicht ist, aber wie gesagt, das ist in Ihrer Anwendung kein Problem.
Entschuldigen Sie die verspätete Antwort, ich hatte einen sehr arbeitsreichen Tag; hoffentlich hast du nicht das interesse verloren. Ich entschuldige mich für die Belastung, aber ich bin sehr verwirrt über Ihren Vorschlag. Ich habe ein Schema von dem erstellt, was Sie meiner Meinung nach sagen. Ist das die richtige Idee?
Problem mit gesättigtem Transimpedanzverstärker
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