transimpedanssivahvistimien

Transimpedanssivahvistimet (transimpedance amplifiers) ovat vahvistinsovelluksia, jotka muuntavat sisääntulevan virran jännitteeksi. Ne käyttävät tavallisesti operaatiovahvistinta suljetussa silmukassa, jossa sensorilta tuleva virta syötetään invertoivaan tuloon ja palautesilmukka määrittelee muunnoksen. Epävirrasta ja sensorin ominaisuuksista johtuvat reunaehdot vaikuttavat suunnitteluun, erityisesti haluttuun kaistanleveys ja kohinaan.

Periaate ja rakenne: Perusmallissa invertoivaan tuloon kytketään signaalilähde, kuten fotodiodi, ja palauteinelementtinä toimii vastakytketty resistanssi Rf sekä mahdollisesti sen rinnalle kytketty kapasitiveetti Cf. Tulostettu jännite on likimäärin Vout = −Iin × Zf, missä Zf on Rf ja Cf:n yhdistetty impedanssi (Rf || 1/(sCf)). Cf parantaa vakauden ottaen huomioon sensorin ja johdinten kapasitanssin aiheuttaman kompensaation. Suljettu silmukka rajoittaa taajuusvastetta ja stabiloi vasteen, mutta suuret kapasitanssit voivat vaatia suuremman Cf:n.

Käyttökohteet ja ominaisuudet: Transimpedanssivahvistimia käytetään esimerkiksi fotodiodien, hiukkas- ja gamma-Detektorien sekä muiden virratulon lähteiden lukemiseen. Tärkeitä ovat alhainen jännitevakio- ja kohinataso sekä suuret dynamiikan alueet. Suunnittelussa huomioidaan kohina (Rf:n Johnson-kohina ja op-ampin sähköinen kohina), invertoivan tulon virran- ja jännitevaste sekä sensorin kapasitanssi, jolla on vaikutusta kaistanleveyteen ja vakauteen.