Paso 10: Añadir un condensador para hacer un amplificador de transimpedancia mejorado
Instrucciones:
1) utilizar un condensador tal que (1/2pi) / RC = 1 kHz. En el caso de nuestro resistor de 100kOhm, 1,5 nF funciona bien.
2) Conecte el capacitor en paralelo con la resistencia como se muestra en la imagen.
3) mirar la señal en el osciloscopio. La señal debería ser mucho más limpia que antes.
¿Por qué este trabajo?
No entraré en la explicación matemática (literalmente) "compleja" de este circuito, pero aquí hay una explicación intuitiva:
Usted puede averiguar el comportamiento (dependiente de la frecuencia) del amplificador de transimpedancia (otra vez) aplicando las reglas de oro, y observando que la diferencia entre el amplificador de transimpedancia regular y lo mejor es que en el nuevo amplificador, i(t) tiene la "opción" de pasar por la resistencia o el condensador.
Ahora un resistor impide señales por exactamente la misma cantidad, independientemente de la frecuencia de la señal. Un condensador, por el contrario, impide realmente señales de baja frecuencia y realmente no impide las señales de alta frecuencia. De hecho, un condensador actuará como un resistor (casi) infinito para dirigir la corriente y como un alambre viejo llano a super señales de alta frecuencia.
Así que imagínate que fueras una señal DC viajando desde la salida del amplificador operacional para el fotodiodo. ¿Elegirías ir a través del condensador infinitamente resistente, o a través del resistor finitamente resistente? Decide de ir a través del resistor. Así que para señales DC, el comportamiento del amplificador mejorado es exactamente igual que el comportamiento de la amp regular. Ninguno de la corriente pasa por el condensador y su casi como que no estaba allí en todos.
Ahora imagine que eran una señal de muy alta frecuencia AC de salida del op amp que el fotodiodo. Golpeas el mismo obstáculo como lo hizo la señal de DC. Pero, el capacitor luce como un alambre con cerca de cero resistencia! Tan felizmente prance abajo del cable, debido a su baja impedancia, pierde muy poca energía si lo hace y hasta le cae muy poco voltaje hacerlo. Pero aquí es la cosa: porque no pierdes mucha energía pasando por el condensador, debe ser el componente de Vout en su frecuencia en casi la misma tensión V. Es decir, Vout a altas frecuencias es igual a V-, que es igual a 0 porque es un suelo flotante!
Como era de esperar, para las frecuencias intermedias, cuanto mayor sea la frecuencia de un componente, menos ahora contribuye a Vout. Así, el filtro de paso bajo ha logrado su misión de dejar señales "pasan" y bloquean las señales de frecuencia más alta de baja frecuencia.
Si lo desea, puede leer el artículo de wikipedia sobre los filtros de paso bajo, google, o consultar un libro de texto como Horowitz y colina para una discusión más técnica (y matemáticamente precisa) baja pasan filtros de trabajo.
Resulta que es lo que llama una frecuencia de corte de 3 dB, donde la contribución a esa frecuencia a Vout es reducida por el filtro por un factor de 1 / (raíz de 2 cuadrados). Esta frecuencia está dada por f = (1/2pi) w = (1/2pi) / RC. Queríamos que f = 1kHz, por lo que utilizamos un condensador nF 1.5 para complementar nuestra resistencia de 100kOhm.
