Giới hạn điện áp đầu ra của Opamp - để tránh bão hòa

Vấn đề:

Diode ảnh của tôi nhận các xung có chiều rộng 10ns-150ns và lặp lại ở tốc độ 1Hz-50KHz

dòng điện từ diode photo tùy thuộc vào ánh sáng tới có thể đi từ 10nA-100mA,

Tóm lại, ứng dụng của tôi cố gắng số hóa các xung tương tự để đo độ rộng xung

vì vậy tôi chỉ có 'hai' điốt ảnh để bao quát phạm vi động, sau khi phá vỡ dải động thành nhiều nút như 1uA-5mA (chưa đến 1uA, tôi khó có thể đo xung 10ns vì nhiều lý do, tìm ở đây , tại đây ) và 500uA-100mA, có một số lý do đặc biệt như suy giảm quang học trước một cảm biến được thực hiện để phá vỡ phạm vi diode photo để chồng chéo lên nhau.

Vì vậy, đối với kênh 1uA-1mA đầu tiên của tôi, đó là nơi tôi muốn thực hiện chuyển đổi IV bằng cách sử dụng TIA thay vì sử dụng điện trở, vì vậy, để đạt được 1K, tôi có thể đạt được mức tăng 60dB thích hợp ở 100 MHz, vì vậy tôi sẽ không thay đổi mức tăng hiện nay,

thông qua 1uA này sẽ là 1mV và 5mA sẽ là 5V, bây giờ vẫn chưa đủ, tôi phải đặt thêm một giai đoạn tăng thêm 20V / V để đọc 1mV của mình, vì vậy giai đoạn thứ hai sẽ bão hòa với đầu vào 500uA, đó là một thiết lập lại cách tiếp cận của tôi (để giải quyết vấn đề tôi không đăng giai đoạn thứ hai)

Cách tiếp cận 1:

Vì vậy, tôi đã sử dụng công nghệ này trong việc sử dụng điốt trong vòng lặp của mình để thông số bị giới hạn ở mức cắt của diode, nhưng điều này dẫn đến dao động trong những từ khác không ổn định của opamp

Các kết quả:

đối với dòng điện trên 450uA, opamp bắt đầu dao động nhẹ, với dòng điện 1mA ở bên phải bạn có thể thấy hoàn toàn không ổn định, tôi nghĩ vấn đề là do thời gian chuyển đổi của diode chỉ là 5ns, vì vậy tôi đã thay đổi nó thành schottky. Không ổn định, do đó phải có một số vấn đề với opamp hoặc thiết lập, xin vui lòng hướng dẫn

Cách tiếp cận 2:

Giới hạn dòng điện đầu ra của diode photo đến 500uA? sử dụng bộ giới hạn hiện tại, không hoạt động đúng, vì cách tiếp cận ảnh hưởng đến đáp ứng tần số và cũng làm tăng độ méo tín hiệu, câu hỏi được trích dẫn cố gắng giới hạn dòng điện ở mức 5mA, nó cũng có thể được áp dụng cho 500uA, vì nó được tìm thấy ở đây , vì nó thất bại tôi không muốn mang nó đến đây

Vui lòng gợi ý cho tôi một cách tiếp cận khác để giải quyết vấn đề này, hoặc bất kỳ sửa đổi nào đối với thiết kế hiện có để thoát khỏi vấn đề, để nói ngắn gọn tôi muốn đề cập đến phạm vi 1uA-5mA

Bạn có một vài vấn đề với mạch của bạn. 1, LTC6268-10 là một phần 5V. Bạn không thể đi và cho nó ăn +/- 5V! Ở mức +/- 2.5V, mạch hoạt động giống như quảng cáo.

Thứ hai, mạch diode của bạn đang dao động vì phản hồi opamp ra khỏi whack. Rất khoa học, tôi biết, nhưng không bận tâm đến việc làm toán khó, bạn có thể khắc phục điều này bằng cách thêm một điện trở loạt vào cảm biến ánh sáng phù hợp với TC của điện trở bỏ qua của bạn. Bạn cũng cần một điện trở loạt trên diode. Hãy sử dụng 100R cho điều đó.

Đối với loạt cảm biến điện trở 1k + 1p bằng khoảng 12p và 82R. Nếu chúng tôi thử nghiệm một chút, chúng tôi sẽ thấy rằng 22R cho phản hồi nhanh hơn nhưng đổ chuông nhiều hơn và 1k không ổn định.

Thứ 3, Bây giờ bạn có một mạch giới hạn điện áp, tắc nghẽn! Than ôi, MMSD4148 không phải là một diode phục hồi nhanh, phải mất 5ns để tắt. Điều đó không tốt cho xung 10ns!

Chúng ta hãy thay thế nó bằng BAS70E6327 vishay hợp lý hơn nhiều với Trps 100ps.

Thứ 4, yay, bây giờ chúng ta có kẹp điện áp hoạt động khá hợp lý. Tuy nhiên .. nó không chính xác. Đi xuống, điện trở diode + 100R đó sẽ kéo đầu ra xuống nhanh hơn nhiều so với 1k có thể sạc tụ 12pF theo hướng khác. Để thêm sự xúc phạm đến thương tích, 100R kẹp điện áp khá gần với Vf để chúng ta thấy một sự chuyển đổi sắc nét đẹp theo một hướng và RC rơi theo hướng khác.

Chúng ta có thể làm cho nó trông đẹp hơn bằng cách thay đổi điện trở sê-ri thành 330R nhưng nó chủ yếu làm cho nó trông tốt hơn vì bây giờ tiếng vỗ điện áp ở điện áp cao hơn và tiếng chuông bị loại bỏ nhưng thực tế nó không làm gì về việc trở về không.

Sự sụt giảm đó là do điện dung ký sinh ~ 2pF của diode đó. Vì vậy, về cơ bản bạn muốn phục hồi cực nhanh, dòng điện ngược cực nhanh và điện dung ultrasmall. Đừng tất cả chúng ta.

Vấn đề cơ bản của bạn ở đây nói chung là phạm vi đo lường của bạn khá bất hợp lý. Mặt khác, bạn muốn đo tín hiệu 1uA / 1mV (như thế nào?) Và sau đó bạn quay lại và muốn xử lý tín hiệu 1mA / 1V quá với cùng một mạch! Bạn nhận được điều đó từ sự chậm trễ RC sẽ làm tròn mọi thứ càng nhiều thì tín hiệu càng mạnh. Ở 1mA, nó + 14ns để vượt qua 1mV. Ở 100uA, đó là 11ns. tại 10uA, khoảng 8ns. Ở 1uA, bạn gặp phải vấn đề ngược lại vì tín hiệu không đạt tới 1mV nhưng vô cùng trở nên gần hơn.

Vì vậy, chắc chắn đối với bất kỳ loại độ trung thực nào, điều này cần một số loại mạch khác hoặc phạm vi tín hiệu hạn chế hơn hoặc các xung dài hơn .. Sẽ rất hữu ích khi thực hiện phân tích ổn định vòng phản hồi vì rõ ràng là ở đây. Tôi nghĩ rằng sử dụng bộ khuếch đại tốc độ cao 500 MHz sẽ hoạt động tốt hơn bộ khuếch đại 4GHz, bạn có thể có cùng tốc độ xoay 3kV / chúng tôi từ các bộ phận 300-500 MHz và chúng ổn định hơn nhiều. Ngoài ra, nó sẽ hữu ích nếu bạn có thể tìm thấy diode hoàn hảo đó nhưng tôi sẽ để nó như một bài tập cho bạn, tôi đã dành nhiều thời gian cho việc này ..

Đây là mạch sửa đổi.

Trước tiên, bạn có thể thử thay thế điốt bằng thiết bị luật vuông gắn với BJT. Khi nó đề cập đến trong hình ảnh, sự ổn định được cải thiện.

Thay vì phát minh lại bánh xe, có thể hữu ích khi xem hướng dẫn của TI về bộ khuếch đại logarit . Cụ thể, hình 1 với I_in là dòng đầu vào.

Để trích dẫn pdf thêm một chút ... "Điều này xác nhận rằng điện áp đầu ra mạch có liên quan đến logarit với đầu vào của mạch."