Resumen: Los amplificadores de transimpedancia (TIA) se usan ampliamente para convertir la salida de corriente de sensores como los fotodiodos en señales de voltaje. Esto se debe a que muchos circuitos y dispositivos solo aceptan entradas de voltaje. Un amplificador operacional con una resistencia de retroalimentación desde la salida hasta la entrada inversora es la implementación más simple de tal TIA. Sin embargo, incluso este circuito TIA simple requiere compensaciones cuidadosas entre la ganancia de ruido, el voltaje de compensación, el ancho de banda y la estabilidad. Está claro que la estabilidad TIA es esencial para un rendimiento bueno y fiable. Esta nota de aplicación describe cálculos experimentales para evaluar la estabilidad y muestra cómo ajustar la selección del capacitor de compensación de fase de retroalimentación.
Oscilación salvaje: ¿Por qué sucede?
Las figuras 1-3 muestran algunos circuitos TIA básicos. La figura 1 se usa a menudo en sistemas de suministro de energía dual. La figura 2 muestra una ligera modificación de este circuito para aplicaciones de suministro único. El divisor de voltaje resistivo formado por R1 y R2 asegura que el nodo de salida del amplificador operacional sea más alto que la especificación de bajo voltaje de salida en ausencia de luz con muy poca corriente oscura fluyendo a través del fotodiodo. Al obligar a la etapa de salida del amplificador operacional a operar en su región lineal, esta compensación mejora tanto la fotodetección como la velocidad de respuesta en condiciones de poca luz. Sin embargo, se debe tener cuidado para mantener pequeño este voltaje de polarización en el pin IN+. De lo contrario, la corriente de fuga inversa en el fotodiodo puede degradar la linealidad y aumentar la deriva de compensación sobre la temperatura. En algunas aplicaciones, se utiliza el circuito de la Figura 3, con el fotodiodo colocado directamente entre los terminales de entrada del amplificador operacional. Este circuito requiere una referencia amortiguada pero evita la polarización inversa de todo el fotodiodo. La referencia debe ser lo suficientemente rápida para hundir la corriente del fotodiodo según lo requiera la aplicación. Esto significa que el amplificador A1 debe ser tan rápido como el amplificador A2.
Al igual que los circuitos de amplificadores operacionales con retroalimentación, cada circuito anterior se puede dividir en un amplificador con ganancia de bucle abierto, AVOL y una red de retroalimentación que consta de una resistencia y un fotodiodo. La Figura 4 muestra el circuito equivalente de los fotodiodos de las Figuras 1-3. ¹ RSERIES = 0 y RSHUNT = infinito son buenas aproximaciones para la mayoría de los fotodiodos. Como resultado, el modelo simplificado se reduce a una fuente de corriente de cortocircuito en paralelo con la capacitancia de unión. Este modelo de fotodiodo simplificado se utiliza para el análisis de estabilidad posterior.