Étape 10 : Ajouter un condensateur pour faire un amplificateur à transimpédance amélioré
Mode d’emploi :
1) utiliser un condensateur tel que (1/2pi) / RC = 1kHz. Dans le cas de notre résistance 100kOhm, 1,5 nF fonctionne bien.
2) Fixez le condensateur en parallèle avec la résistance comme indiqué dans l’image.
3) Regardez le signal sur l’oscilloscope. Le signal devrait ressembler beaucoup plus propre qu’avant.
Pourquoi cela fonctionne-t-il ?
Je n’entrerai pas dans l’explication mathématique (littéralement) "complexe" de ce circuit, mais voici une explication intuitive :
Vous pouvez comprendre le comportement (fréquence dépendant) de l’amplificateur à transimpédance en appliquant (à nouveau) les règles d’or, et notant que la différence entre l’amplificateur à transimpédance régulière et améliorer celui qui est dans le nouvel ampli, i (t) est le « choix » de passer par la résistance ou le condensateur.
Maintenant une résistance empêche les signaux exactement du même montant, quelle que soit la fréquence du signal. En revanche, un condensateur, empêche vraiment les signaux basse fréquence et vraiment n’entrave pas les signaux de haute fréquence. En effet, un condensateur se comporte comme une résistance infinie (ou presque) à courant continu et comme un fil vieux plain à super signaux à haute fréquence.
Alors, imaginez que vous étiez un signal DC voyage de sortie de l’ampli op à la photodiode. Vous choisissez d’aller à travers le condensateur infiniment résistif, ou à travers la résistance finiment résistive ? Je choisirais d’aller aussi à travers la résistance. Donc pour des signaux DC, le comportement de l’ampli améliorée est exactement le même que le comportement de l’amplificateur ordinaire. Aucun du courant passe par le condensateur et ses presque comme si elle n’était pas là du tout.
Maintenant, imaginez que vous étiez un signal de très haute fréquence AC allant de la sortie de l’ampli op à la photodiode. Vous frappez le même obstacle, comme l’a fait le signal DC. Mais pour vous, le condensateur ressemble à un fil avec près de résistance nulle ! Si vous caracoler avec bonheur sur le fil, en raison de sa faible impédance, vous perdez ce faisant très peu d’énergie, et donc vous échappez tension très peu faire. Mais voici la chose : parce que vous ne perdez beaucoup d’énergie en passant par le condensateur, le composant de Vout à votre fréquence doit être à presque la même tension que V-. C’est à dire, Vout à haute fréquence est environ égal à V-, qui est égal à 0, parce que c’est un sol flottant !
Comme vous vous en doutez, pour les fréquences intermédiaires, plus la fréquence d’un composant, moins elle contribue maintenant à Vout. Ainsi, le filtre passe-bas a réussi dans sa mission de laisser les basses fréquences des signaux « traversent » et bloquent les signaux de fréquence plus élevées.
Si vous le souhaitez, vous pouvez lire l’article de wikipedia sur les filtres passe-bas, google, ou consulter un manuel comme Horowitz et Hill pour une discussion plus technique (et mathématiquement précise) combien peu passent les filtres travail.
Il s’avère qu’il existe ce qu’on appelle une fréquence de coupure de 3dB, si la contribution à cette fréquence à Vout est réduite par le filtre d’un facteur de 1 / (racine de 2 carrée). Cette fréquence est donnée par f = (1/2pi) w = (1/2pi) / RC. Nous voulions que f = 1kHz, donc nous avons utilisé un condensateur 1,5 pour compléter notre résistance 100kOhm.
