Stap 10: Toevoegen een condensator om een verbeterd transimpedantie-versterker
Instructies:
1) gebruik van een condensator van dergelijke dat (1/2pi) / RC = 1 kHz. In het geval van onze 100kOhm weerstand, 1,5 nF werkt goed.
2) Sluit de condensator parallel met de weerstand zoals in de afbeelding.
3) kijk naar het signaal op de oscilloscoop. Het signaal moet kijken een stuk schoner dan voorheen.
Waarom doet zulks werkzaamheden?
Ik zal niet ingaan op de (letterlijk) "complex" wiskundige uitleg van dit circuit, maar hier is een intuïtieve uitleg:
U kunt het (frequentie afhankelijk) gedrag van de transimpedantie-versterker uitzoeken door (weer) de gouden regels toe te passen, en vaststellend dat het verschil tussen de regelmatige transimpedantie-versterker en verbeterde degene die in het nieuwe amp, i(t) heeft de "keuze" van het gaan door de weerstand of de condensator.
Nu belemmert een weerstand signalen door precies hetzelfde bedrag, ongeacht wat de frequentie van het signaal is. Een condensator, aan de andere kant echt belemmert laagfrequente signalen, en echt geen belemmering vormt voor hoogfrequente signalen. In feite, zal een condensator fungeren als een (bijna) oneindige weerstand om directe stroom en graag een vlakte oude draad aan super hoogfrequente signalen.
Dus stel dat je een signaal van de DC reizen van het op-amp de uitvoer naar de fotodiode waren. Zou je kiezen om te gaan via de oneindig resistieve condensator of via de eindig resistieve weerstand? Ik zou kiezen om te gaan door middel van de weerstand. Dus voor DC signalen, het gedrag van de verbeterde amp exact is hetzelfde als het gedrag van de regelmatige amp. Geen van de huidige passeert de condensator, en haar alsof het was er niet helemaal.
Stel je nu voor dat u een zeer hoge frequentie AC signaal gaande van het op-amp de uitvoer naar de fotodiode waren. Je slaat de dezelfde hindernis evenals het DC-signaal. Maar u, de condensator ziet eruit als een draad met dicht bij nul weerstand! Zo u gelukkig steigeren beneden de draad, en als gevolg van zijn lage impedantie, verliest u relatief weinig energie doen en zo je weinig spanning doen vallen. Maar hier het ding is: omdat u niet veel energie gaan door de condensator verliezen, het onderdeel van Vout op uw frequentie moet op bijna de zelfde spanning als V-. Dat wil zeggen, is Vout bij hoge frequenties ongeveer gelijk aan V-, dat is gelijk aan 0, want het is een zwevende grond!
Zoals u, voor intermediaire frequenties, hoe hoger de frequentie van een component verwachten zou, hoe minder zij nu draagt bij tot de Vout. Dus, het low-pass filter is geslaagd in haar missie om te laten laagfrequente signalen "passeren" en hogere frequentie signalen blokkeren.
Als u wilt, kunt u lezen van de wikipedia-artikel over low-pass filters, google, of raadpleeg een leerboek zoals Horowitz en Hill voor een meer technische (en wiskundig precieze) discussie hoe laag pass filters werken.
Het blijkt dat er wat heet een 3dB cutoff frequentie is, waar de bijdrage met die frequentie Vout is verminderd door het filter met een factor van 1 / (vierkant wortel van 2). Deze frequentie wordt gegeven door f = (1/2pi) w = (1/2pi) / RC. We wilden f = 1kHz, zodat we een 1.5 nF condensator complimenten aan onze 100kOhm weerstand gebruikt.
