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da **boiler** » 12 feb 2014, 11:57

DirtyDeeds ha scritto:Confermi?

Confermo.

Grazie mille per le spiegazioni, che apprezzo molto.

Un po' per volta mi tornano in mente le cose che avevo imparato, ma poi non ho mai usato.
Cerco di ampliare il discorso e il ragionamento. Essendo molto arrugginito, ti prego di confermare o correggere le mie affermazioni.

Q dice quanto siamo vicini al Bode-plot "idealizzato" (due rette). Con $Q \approx 0.7$ siamo vicini alla linea nera:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ho rifatto i calcoli per diversi valori di R_f

.
Resistenze molto elevate ( $10M\Omega$ ) rendono la capacità necessaria all'ottenimento di $Q \approx 0.7$ estremamente piccola (70 fF).

Ciò significa che sono in balia delle capacità parassite e ho poco controllo sul circuito. In queste condizioni, una deviazione di 100 fF (che non ho modo di controllare) mi sposta la frequenza di taglio di circa 100 kHz.

Se metto $R_f = 10k\Omega$ mi servono circa 2.2 pF come capacità di compensazione per ottenere una banda piatta. Questa capacità è sicuramente dominante rispetto alle capacità parassite di resistore e PCB e mi permette quindi di controllare meglio il comportamento del circuito.

Mi chiedo se a questo punto posso stare tranquillo o se devo considerare le capacità di ingresso dell'opamp e quella del fotodiodo anche come "incerte". In altre parole, posso lasciare un guadagno in DC di 10000 con 2.2 pF di compensazione o devo cercare di diminuire il guadagno (o cambiare opamp) in modo da avere un Q di 0.7 con una capacità di compensazione maggiore (e quindi dominante) rispetto a fotodiodo e ingresso dell'amplificatore?

La mia idea, allo stato attuale delle cose, sarebbe di sostituire l'amplificatore della Linear con l'OPA301, diminuire il guadagno a 10000 e farlo seguire da un passa-banda e da un ulteriore stadio di amplificazione tensione-tensione per avere complessivamente di nuovo 10^7

.

Saluti Boiler

da **DirtyDeeds** » 12 feb 2014, 12:17

Esattamente di che banda hai bisogno?

La soluzione di abbassare la resistenza e poi amplificare non mi piace molto, è poco economica e peggiora il rumore.

Un'alternativa, che aveva suggerito anche

obiuan, è quella di utilizzare una rete a T in retroazione. In questo modo si riesce a ottenere una transresistenza elevata con resistenze di valore più basso, a vantaggio della banda. Anche questa soluzione, però, ha il difetto di peggiorare il rumore (ma è più economica di quella sopra).

da **boiler** » 12 feb 2014, 16:18

DirtyDeeds ha scritto:Esattamente di che banda hai bisogno?

60 kHz sono il minimo sindacale
Con 100 kHz siamo contenti.
A partire da 150 kHz apriamo lo spumante :mrgreen:

La soluzione di abbassare la resistenza e poi amplificare non mi piace molto, è poco economica e peggiora il rumore.

Ne sono conscio, ma il rumore non ci disturba piú di quel tanto: l'uscita del TIA entra in un lock-in amplifier.

Un'alternativa, che aveva suggerito anche obiuan, è quella di utilizzare una rete a T in retroazione. In questo modo si riesce a ottenere una transresistenza elevata con resistenze di valore più basso, a vantaggio della banda. Anche questa soluzione, però, ha il difetto di peggiorare il rumore (ma è più economica di quella sopra).

Avevo letto, le equazioni saranno però diverse. Provo a derivarle da solo, poi chiederò conferma qui.

Nel frattempo, usando le equazioni di cui sopra ho calcolato la banda per l'OPA301, con fotodiodo da 20 pF e Rf = 10k.
Se non ho sbagliato nulla compensando con 2.2 pF, ho il polo a 510 kHz, lo zero a 7.2 MHz, Q = 0.79 e la $f_{-3dB}$ a 8.7 MHz.

Invece misurando ho un crollo della banda dalle parti del kilohertz.
Ho delle capacità parassite enormi o c'è un'altra spiegazione?

Boiler

da **DirtyDeeds** » 12 feb 2014, 16:28

Non mi quadra molto il valore del polo. Da

$f_\text{p} = \frac{1}{2\pi R_\text{f} (C_\text{D}+C_\text{f})}$

mi viene circa 720 kHz.

Però se

Invece misurando ho un crollo della banda dalle parti del kilohertz.

Con quei valori lì la banda non potrebbe essere così limitata neanche se ci mettessi un 741 (quasi), c'è qualcosa che non va. Sei sicuro della banda del LED e del LED driver?

da **boiler** » 12 feb 2014, 16:47

DirtyDeeds ha scritto:mi viene circa 720 kHz

Se aggiungi ai 20 pF del diodo la capacità di ingresso dell'OPA301 arrivi a 510 kHz.

Con quei valori lì la banda non potrebbe essere così limitata neanche se ci mettessi un 741 (quasi), c'è qualcosa che non va. Sei sicuro della banda del LED e del LED driver?

La banda del LED e del driver è piatta che piú piatta non si può fino a 100 kHz (e probabilmente oltre).
Ho un'idea. Mettiamo che io mi sia dimenticato di accendere l'alimentazione dell'opamp. Non che sia successo realmente... è un'ipotesi... in tal caso... forse... ](*,)

Beh... vado a verificare che sia accesa e rifaccio la misura :cool:

Ciao, Boiler

da **DirtyDeeds** » 12 feb 2014, 16:54

boiler ha scritto:Se aggiungi ai 20 pF del diodo la capacità di ingresso dell'OPA301 arrivi a 510 kHz.

Avevo contato 11 pF del diodo più 9 pF di capacità di ingresso dell'OPA301.

boiler ha scritto:Mettiamo che io mi sia dimenticato di accendere l'alimentazione dell'opamp. Non che sia successo realmente... è un'ipotesi... in tal caso... forse..

da **DirtyDeeds** » 13 feb 2014, 9:50

Ho fatto un paio di conti e, tutto sommato, lavorerei nel seguente modo. Con $Q\approx 0{,}7$ la banda effettiva dipende abbastanza dalla $f_\text{c}$ (non ho tempo di fare un'analisi di sensibilità, ma si può fare il conto), che può avere una significativa dispersione. Se si vuole che la banda dipenda più che altro da parametri esterni (resistenze e capacità), conviene lavorare con $Q\ll 1$ . Per non compromettere troppo la banda, prendiamo $Q\approx 0{,}1$ .

Poiché con questo valore di

, $f_{-3\,\text{dB}}\approx Qf_0$ , se si vuole una banda di 100 kHz, bisogna imporre $f_0\approx 1\,\text{MHz}$ . Ma

$f_0 = \sqrt{f_\text{c} f_\text{p}}$

da cui $f_\text{p}\approx 6{,}67\,\text{kHz}$ . Considerando $C_\text{D}+C_\text{f}\approx 25\,\text{pF}$ , si ottiene $R_\text{f}\approx 1\,\text{M}\Omega$ . Da

$f_{-3\,\text{dB}}\approx f_\text{z} = \frac{1}{2\pi R_\text{f} C_\text{f}}$

valida quando $Q\ll 1$ , si ottiene $C_\text{f}\approx 1{,}5\,\text{pF}$ , che é un valore ragionevole.

Bisogna fare un po' di verifiche tenendo conto del comportamento reale dell'op amp e delle effettive capacità, ma secondo me con l'opa 301 hai margine per avere una banda dalle parti dei 100 kHz con una transresistenza di 1 M ohm.

da **boiler** » 13 feb 2014, 17:21

OK, lentamente arriviamo a risultati usabili :cool:

Ho sostituito il fotodiodo con un modello geometricamente piú adatto all'applicazione, lo svantaggio è che ha una capacità parassita da elefante: 65 pF (non voglio mettere bias per ridurla, altrimenti mi ritrovo il problema della dark current).

OPA301 con Hamamatsu S12158-01CT
$R_f = 1 \mathrm{M}\Omega$
Senza C_f

OPA301 con Hamamatsu S12158-01CT
$R_f = 1 \mathrm{M}\Omega$
$C_f = 1.5 \mathrm{pF}$

$f_{-3dB}$ calcolata: 106 kHz
$f_{-3dB}$ misurata: 88 kHz

Direi che posso essere soddisfatto. Grazie per l'aiuto!

Boiler

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