Diseño de Termómetro IR

Question

Estoy trabajando en un termómetro infrarrojo sin contacto. Estoy usando el papel de Diana Friedman como guía general. Estoy planeando utilizar un circuito similar al presentado en la figura 10.

Estoy planeando utilizar el fotodiodo SFH 203 FA que detecta en el rango infrarrojo cercano y tiene un ángulo medio bastante pequeño. También tiene un filtro de luz incorporado.

Espero tener corrientes de fuga muy pequeñas (del orden de nA) que tendré que medir. En el diseño de Diana, ella está utilizando el amplificador OPA380 que se comercializa como un "amplificador transimpedancia" ideal para este tipo de aplicación. Desafortunadamente, esto solo se vende en paquetes SMD y lo que realmente me gustaría es un componente a través del orificio.

Estoy considerando utilizar el amplificador chopper TC7650 en su lugar. Tiene mejores características de corriente de polarización de entrada y compensación de offset de voltaje que el OPA380, pero también tiene un producto de ganancia de ancho de banda significativamente menor (2MHz vs. 90MHz).

Esto significa que mi frecuencia máxima de muestreo será 1/45 de la del circuito original, pero no estoy seguro de cómo calcular la ganancia para el circuito, por lo que no tengo idea si este es un sacrificio aceptable para mis propósitos.

1. ¿Cómo calculo la ganancia del circuito en la figura 10, o más directamente la frecuencia máxima de muestreo para el mismo circuito?

2. ¿Hay otros parámetros sobre los amplificadores que necesito tener en cuenta? Hasta donde puedo decir, ya mencioné los 3 principales.

Answer 1

Primer comentario es que, basado en la Figura 4, esta configuración simplemente está midiendo la temperatura del diodo, no la temperatura de un radiador de cuerpo negro basado en radiación infrarroja. (La Figura 4 parece mostrar el paquete de calor en contacto con el diodo). Además, la radiación de cuerpo negro a las temperaturas mencionadas en el artículo alcanza longitudes de onda mucho más largas que el corte de los diodos de silicio (aproximadamente 1100 nm).

Segundo comentario sobre la ganancia: El modelo simple para un fotodiodo es una fuente de corriente ideal en paralelo con un capacitor. Para un amplificador de transimpedancia como se muestra, se desprecia la capacitancia del diodo ya que está cortocircuitada a tierra virtual. La red de retroalimentación es de 10 meg en paralelo con 0.51 nF, lo que da un cero en la función de transferencia en \$\dfrac{\pi \times R \times C}{2}\$ o aproximadamente 49 kHz. Esto realmente no dice nada sobre la frecuencia de muestreo, es simplemente cómo la corriente del diodo se traducirá a un voltaje por el circuito de transimpedancia. La frecuencia de muestreo está determinada por el convertidor A/D.

Tercer comentario: estos amplificadores tienen un ancho de banda de ganancia lo suficientemente alto como para considerarse ideales para todos los propósitos prácticos de este circuito. Puedes obtener una función de transferencia exacta pero una tolerancia del 10% en el capacitor eliminaría los efectos no ideales del amplificador.

La realidad es que esta configuración simplemente está midiendo la temperatura del diodo. No está midiendo la temperatura a través de la respuesta infrarroja. Puedes obtener un sensor de temperatura mucho más preciso de TI, Analog Devices, National, etc. que está integrado en un solo chip. O simplemente puedes medir la corriente de fuga de un diodo para hacer lo mismo.