TUTORIAL 5144 Beneficios ambientales de los contadores inteligentes

Resumen: Las empresas de hoy, los consumidores y la utilidad de acuerdo en que los contadores inteligentes proporcionan beneficios tales como la facturación por tiempo de uso, la medición precisa, y la eliminación de la visita mensual de un lector de medidor. Pero, ¿los contadores inteligentes proporcionan beneficios tangibles para el medio ambiente? No todos están de acuerdo en esto. Este artículo describe cómo un medidor inteligente ayuda a una utilidad para monitorear el uso de la energía. Que los datos de seguimiento permite también a la utilidad de trabajar con los consumidores para reducir el consumo de energía e integrar diversas fuentes de energía renovable. Cuando eso sucede, el medio ambiente gana.
Una versión similar de este artículo fue publicado en productos electrónicos el 15 de noviembre de 2011.

Un Despertar

"No entiendo los beneficios ambientales de la red inteligente", dijo mi primo Chris después de que le dije acerca de mi participación en el esfuerzo de la red eléctrica inteligente en Maxim. "Creo que es sólo una estratagema de los servicios públicos para elevar las tasas", agregó. Por lo general, lo habría interrumpido con comentarios sobre la gestión inteligente de la energía y los recursos, pero mi primo trabajaba para la utilidad del norte de California durante 15 años. Él no estaba hablando desde un punto de vista mal informado, por lo que he escuchado más. "La electricidad fluye como el agua", continuó. "Se deriva de la fuente de todos los puntos de consumo. La instalación de un medidor inteligente no ahorrar energía, que sólo cuenta cuando lo está consumiendo. " Estos son todos los puntos de vista válidos. Ahí estaba yo, convencido de que los contadores inteligentes son una buena cosa, algo que podría beneficiar tanto a la economía y el medio ambiente, algo que llevó a una mejor solución técnica a un viejo problema. Pero, en realidad, yo no sabía muy bien cómo la red inteligente podría reducir el consumo de energía. Me decidí a tomar una mirada más cercana. Resulta que los contadores inteligentes ofrecen enormes potenciales beneficios ambientales.Reducción de la carga pico y la generación distribuida son dos funciones importantes que se hicieron posibles gracias al mayor control y comunicaciones de una red adecuada de ingeniería inteligente y consumidores que están dispuestos. Estas funciones ayudan a reducir el consumo de energía, especialmente en los momentos críticos.También ayudará a integrar con eficacia las diversas fuentes de energía renovables tales como paneles solares y molinos de viento. Además, los datos iniciales de los primeros en adoptar demostrar el éxito de los medidores inteligentes. Estos beneficios han llevado a una importante inversión en medidores inteligentes como un camino hacia la reducción del consumo y la adopción de las energías renovables. Una cosa, sin embargo, sigue siendo claro: una red inteligente de buena ingeniería, no se beneficiarán con eficacia el medio ambiente sin un participante crítico, usted, el consumidor inteligente.

¿Qué es el Smart Grid?

Para algunos, la red inteligente significa simplemente la electricidad nueva, gas y medidores de agua en sus propiedades. Para otros, la red inteligente es un emisor insidiosa, la frecuencia de radio conectado al medidor fuera de su edificio. Para otros más, la red inteligente es una nueva red que conectará a todas las cosas la electricidad que consume. Muchas personas han dicho que si Thomas Edison fueron para volver a la tierra ahora, fácilmente reconocería la red eléctrica de envejecimiento. Operando con márgenes relativamente pequeños en los últimos 75 años, los servicios públicos han tenido poco ímpetu para mejorar la infraestructura existente. Por otra parte, los consumidores están acostumbrados a un sistema en el que se consumen a ciegas y luego pagar al final del mes o más. La red eléctrica inteligente es, en efecto, una nueva red. Como una nueva red, que se superpone en la parte superior de la infraestructura eléctrica existente. La energía se mide en los puntos de generación, distribución y consumo. Estas mediciones son comunicadas dentro de la red. Esta comunicación, a la utilidad y los consumidores, permite tomar decisiones rápidas e inteligentes que se hizo sobre el estado de la red. De la misma manera que losteléfonos inteligentes nos dan un acceso más rápido a la información, la red inteligente nos da y los servicios públicos un acceso más rápido a la información de la energía. Imagínese si el consumo de energía de cada pieza importante del equipo se midió, alimentada de nuevo en un ordenador el estado de la técnica, gestionado por la utilidad, y siempre para su revisión por los consumidores! Ese nivel de conocimiento sin duda abre nuevas oportunidades para identificar a aquellos que desperdician energía y para fomentar la conservación. eléctricas inteligentes pista metros (es decir, "metro") el consumo del hogar o el negocio de energía y compartir esos datos, por lo general a intervalos de 15 minutos, volviendo a los utilidad. Esta tarea se conoce como "medición de la energía" y se lleva a cabo en el interior del medidor. Medición de la energía tiene que ser muy precisos y fiables, para conocer los servicios públicos de consumo de cantidades correctas y para que los consumidores no obtienen más de facturación. Semiconductores realizar la medición más moderno. Uno de ellos es de la máxima 71M6541D , que precisa los contadores de electricidad en un hogar típico. metro es también el proceso de comunicar los datos de consumo de vuelta a la utilidad realizada por los semiconductores. Estos dispositivos o bien utilizar la línea eléctrica como el "cable" para la comunicación, o se comunican de forma inalámbrica. Powerline de comunicación ( PLC ) tiene las ventajas de la RF de baja emisiones y es eficaz para los contadores, donde la penetración de RF es difícil, como en los sótanos. ElMAX2991 y MAX2992 hacer un chipset completo para la robusta PLC de metros a la utilidad. La red inteligente van más allá del metro y en las empresas y el hogar. Los centros de datos, las fábricas, y todos los electrodomésticos se convierten en "inteligente" cuando está equipado con la medición y, a veces, los dispositivos de comunicación. Medir la cantidad de energía consumida y de transmisión de esa información a una red de servicios públicos o en el hogar se llama medida de la energía. La generación de energía renovable también se basa en la medición de energía. Un ejemplo es la medición de la energía producida por los paneles solares en una estructura. La medición eficaz de la energía también debe ser precisa y fiable. El 78M6612 , una sola fase, de doble toma de corriente y de medición de energía IC, proporciona una medición de alta precisión energía para una variedad de aplicaciones.

Reducción de carga máxima y la generación distribuida

Desde un punto de vista de utilidad, los medidores inteligentes (una porción de la red inteligente) ofrecen la oportunidad para la reducción de la carga máxima. Gestión de consumo de energía durante un período de demanda pico de energía representa un verdadero desafío para los servicios públicos. La Figura 1 muestra el consumo de energía en un cálido día de verano en el centro de Estados Unidos. Imagine un día de semana de verano. Antes de levantarse a las 7:00 am, el consumo de energía es muy bajo. Después de levantarse, encender la televisión, la cafetera, y algunas luces. La red eléctrica experimenta un aumento de la carga de usted y todos los demás haciendo las mismas cosas. Pronto usted enciende su equipo de trabajo y las unidades de aire acondicionado en su oficina vienen en. En las instalaciones de fabricación, los motores de girar. Los equipos que operen durante el día, requiere aire acondicionado permanente, ya que genera calor extra. Después de la jornada de trabajo, ya que la gente llegue a casa y encender sus aparatos de aire acondicionado y electrodomésticos, la demanda de energía sigue aumentando.De consumo en general, los picos de la tarde y cae en forma de temperaturas y la actividad humana se caen. Figura 1. Los datos reales de la demanda de energía para los Estados Unidos centro-norte el 14 de julio de 2011. Datos proporcionados por el Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas (ERCOT ® organización) en elwww.ercot.com/gridinfo/~~V . En el invierno, la demanda de electricidad no pico tan alto, porque muchas unidades de calefacción utiliza el gas natural. ¿Cómo afecta la utilidad de gestión de esta demanda de energía fluctuante? Lo importante a recordar es que los servicios públicos tienen muy pocas opciones para el almacenamiento de energía. No hay baterías a gran escala que almacenan la cantidad de energía requerida por una ciudad o un área grande de servicios públicos. Una utilidad debe tener suficientes instalaciones de producción de energía-para satisfacer la demanda pico de forma rápida y con un margen suficiente para evitar caídas de tensión. Una utilidad típica proporcionará la carga base de energía con una combinación de centrales hidroeléctricas y de carbón. Ambos son excelentes fuentes de electricidad, en consonancia, pero la producción de energía de una fuente hidroeléctrica responde con demasiada lentitud a los cambios de la demanda en tiempo real. Petróleo y turbinas de gas natural no responden de forma rápida y por lo tanto, aumentar el suministro de energía para satisfacer los picos de demanda y variable durante el día. Instalaciones solares también proporcionan energía durante el día en los días soleados. Así es como empresas de servicios públicos se han gestionado y suministrado energía durante décadas. Ahora consideremos la red inteligente. Imagine el mismo día caliente y una implementación completa de precisos medidores inteligentes con capacidad de comunicación robusto. A medida que aumenta la demanda durante la mañana, los medidores inteligentes están transmitiendo datos en tiempo real de uso de la utilidad de los padres en intervalos de 15 minutos. Los puntos de alto consumo se identifican rápidamente. Armados con estos datos de uso de energía, los servicios públicos están empezando a practicar el tiempo de uso de facturación. Bajo este programa, los usuarios pagan tasas mucho más altas de la electricidad durante los períodos de máxima demanda. Motivado tanto por el deseo de conservar o reducir sus facturas, los consumidores, empresas, e incluso los centros de datos puede elegir para obtener la utilidad, o de un tercero, un control limitado de sus sistemas eléctricos. Luego, a medida que aumentan las temperaturas, las utilidades de forma remota ajustará el termostato en las unidades de aire acondicionado. Esto le ahorrará energía, mientras que sólo elevando ligeramente la temperatura en un hogar u oficina.El usuario final experimenta interrupciones menores, de forma automatizada en servicio. Al mediodía, la utilidad tendrá información inmediata sobre la cantidad y ubicación de las energías renovables (es decir, la energía generada por el viento o los sistemas solares) que se está generando. Descrito como puntos de generación distribuida, estas fuentes de energía ofrecen un poder significativo a la red y se puede entregar al punto más cercano del consumo. Mediante el uso de generación distribuida, la utilidad se activará un menor número de generadores suplementarios, que utilizan combustibles menos el medio ambiente que las energías renovables. Mejores datos y mecanismos de control también permiten la utilidad de operar con un menor margen por encima de la carga real. En el futuro, si las cargas de aumentar aún más los vehículos eléctricos conectados a las estaciones de carga de forma automática se puede cambiar para convertirse en fuentes de energía de nuevo a la utilidad. Al final del día, esta red inteligente ha reducido la carga máxima durante la mayor demanda. Se ahorra energía y reduce la cantidad de energía necesaria capacidad de producción de. Debido a su flexibilidad inherente, esta red inteligente, incluso puede operar a una capacidad más alta durante los períodos no pico para cargar los vehículos eléctricos se utilizan como fuentes de energía más temprano en el día y que los consumidores puedan dirigir sus unidades de aire acondicionado por más tiempo. Lo ideal sería que este poder por la noche vendrá de la generación más limpia la base de fuentes como las hidroeléctricas u otras formas de energía renovable. Al final, los consumidores y las empresas de servicios públicos de acuerdo en que la reducción de la carga máxima y con la generación de energía distribuida a partir de fuentes renovables reducirá nuestra dependencia en el de las fuentes nocivas para el medioambiente.

Resultados del mundo real

En este punto, algunos pueden decir que todo esto suena bien, pero esperar hasta que veamos si se puede trabajar sin problemas ... todos los días ... y en todas partes. Los beneficios de la red inteligente desde luego sonar bien cuando los consumidores y de servicios públicos están trabajando juntos para conservar la energía, pero no tiene nada de esto realmente se ha demostrado en el mundo real? El primer gran lanzamiento de Smart-metro se produjo entre 2001 y 2006 en Italia. Enel, una empresa de servicio público italiano, condujo el lanzamiento de reducir los costos.Ahora casi el 85% de los clientes italianos tienen medidores inteligentes. Que en realidad se traduce en cerca de 40 millones de metros. Enel estima que los clientes están ahorrando $ 750 millones anualmente de las instalaciones.Tiempo de uso de fijación de precios y la concienciación de los clientes son los críticos los mecanismos de ahorro de costes. Algunos clientes reportan ahorros de hasta un 50% en sus facturas. Reducción de los rollos de camiones para la lectura de medidores y el mantenimiento se acredita con algunos de los ahorros de costes. ¹ La presión de grupo también se ha demostrado que altera el comportamiento del cliente de una manera positiva. En 2009, una utilidad de Minnesota cooperativa, Connexus Energía, se enfrentó con los mandatos legislativos que les obligan a reducir el consumo de un 1,5% anual. Los esfuerzos para reducir la demanda, tal como con la generación renovable y distribución más eficiente, sólo satisfacer una porción de la reducción requerida. La situación era clara: Connexus energía necesaria a sus clientes a reducir el consumo. El Connexus Energy ® cooperativa se asoció con una firma de consultoría para implementar una nueva y creativa de facturación y el programa educativo. Se enviará 40.000 clientes residenciales un informe que compara el consumo por primera vez con sus más cercanos vecinos de 100 viviendas de tamaño similar, y luego con el 20 por ciento "ahorradores de energía" entre todos los vecinos. Para proporcionar una verdadera comparación, Connexus Energía también ha creado un grupo control de 40.000 clientes que no estaban recibiendo la información de uso mensual. En el transcurso de 2009, la presión de los compañeros trabajaron. Los consumidores redujeron el consumo de energía en un 2% y ahorró $ 20 a $ 30 al año. Los ahorros acumulados fue de más de $ 1 millón. Después, el 98,7% de los participantes en el programa optó por continuar con el programa. ² El gobierno de EE.UU. está ahora agresivamente la financiación de programas de redes inteligentes con $ 4.5 millones como parte de la Ley de Recuperación y Reinversión de 2009. Los objetivos incluyen el desarrollo de la eficiencia energética, reducción de la demanda pico, y la integración de las energías renovables distribuidas. ³ programas adicionales de financiación despliegues inteligentes metros existen en todo el mundo en una variedad de países.

Lo que significa

Los datos indican que la red inteligente puede realmente ofrecer beneficios ambientales a través de la reducción de la demanda, la integración de renovables y la conservación. Una cosa es clara: estos beneficios no se puede lograr sin una red bien diseñada y la educación de los consumidores y la participación. Ninguna cantidad de control de la máquina puede crear conciencia y cambiar los hábitos. Los medidores inteligentes, paneles solares, y los vehículos eléctricos son simplemente las herramientas del oficio. El éxito de la red inteligente se reduce a ti ya mí, los consumidores inteligentes. Referencias ¹ Scott, Mark, "¿Cómo Italia derrotó al mundo a una red más inteligente,"Bloomberg Businessweek , ENERGÍA 16 de noviembre 2009 ( www.businessweek.com / GLOBALBIZ / content/nov2009/gb20091116_319929.htm ). ² Sayler, Bruce, "aprovechar la presión de grupo para reducir el consumo de energía," Transmisión y Distribución Mundial , 1 de enero de 2011 (http://tdworld.com/customer_service/customer-engagement-20110101 / ) ³ "Un marco político para la Red Siglo 21: Habilitación de nuestro futuro energético seguro" ( www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/nstc-smart-grid-june2011.pdf ) Connexus La energía es un marca de servicio registrada de Anoka la Cooperativa Eléctrica. ERCOT es una marca registrada y marca de servicio registrada del Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas, Inc.

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Maxim. TUTORIAL 5129. Estabilice su amplificador de transimpedancia

Resumen: amplificadores de transimpedancia (TIA) son ampliamente utilizados para convertir la corriente de salida de los sensores como señales de fotodiodo a tensión, ya que muchos circuitos e instrumentos sólo se puede aceptar la entrada de tensión. Un amplificador operacional con una resistencia de realimentación desde la salida a la entrada inversora es la aplicación más sencilla de tal TIA. Sin embargo, incluso este sencillo circuito de AIT requiere una cuidadosa trade-offs entre el aumento de ruido, la tensión de offset, el ancho de banda, y la estabilidad. Es evidente que la estabilidad en un AIT es esencial para un buen rendimiento, fiable. Esta nota de aplicación explica los cálculos empíricos para evaluar la estabilidad y, a continuación muestra cómo afinar la selección de la fase de retroalimentación de compensación de condensadores.

Una versión similar de este artículo apareció en el 28 de octubre 2011 de EDN revista.

Las oscilaciones salvajes: ¿Por qué suceden?

Las figuras 1 a 3 muestran algunos circuitos básicos TIA. Figura 1 es popularmente utilizado en sistemas de suministro de doble. Figura 2 es una modificación menor de este circuito de un solo suministro de aplicaciones. El divisor resistivo-formado por R1 y R2 se asegura de que el nodo de salida del amplificador operacional es mayor que la salida de voltaje de baja especificación durante una condición de no luz cuando sólo unas pequeñas corrientes oscuras corriente a través del fotodiodo. Al asegurar que la etapa del amplificador operacional de salida opera en el lineal de la región, este desplazamiento mejora la foto-detección en condiciones de poca luz y la velocidad de respuesta. Sin embargo, se debe tener cuidado de mantener esta tensión de polarización en el IN + pequeño alfiler.De lo contrario, la corriente de fuga inversa en el fotodiodo puede degradar la linealidad y aumentar la deriva compensado por la temperatura . En algunas aplicaciones el circuito de la Figura 3 se utiliza cuando el fotodiodo se coloca directamente a través de los terminales de entrada del amplificador operacional. Este circuito evita la polarización inversa a través del fotodiodo, aunque requiere una referencia tamponada. La referencia debe ser lo suficientemente rápido como para hundir el fotodiodo actual como es requerido por la aplicación. Esto, a su vez, implica que amplificador A1 debe ser tan rápido como amplificador A2. Figura 1. Basic TIA circuito (la oferta dual).Figura 2. Básica TIA circuito de la figura 1 modificado para una sola fuente. Figura 3. Básica TIA circuito de la figura 2 modificada para el suministro de clave. Como cualquier circuito amplificador operacional con realimentación, cada uno de los circuitos anteriores pueden ser separados en un amplificador con ganancia en bucle abierto, Una _VOL , y una red de realimentación compuesto de la resistencia y el fotodiodo . Figura 4 muestra el circuito equivalente del fotodiodo en las figuras 1 a 3. ¹ Para la mayoría de los fotodiodos, R _SERIE = 0 y R _DERIVACION = infinito es una aproximación razonable. En consecuencia, el modelo simplificado reduce a la corriente de corto-circuito fuente en paralelo con la capacitancia de la unión. Este modelo simplificado fotodiodo se utiliza para el análisis posterior estabilidad. Figura 4. Circuito del fotodiodo equivalente: I _P = fotocorriente, R _SHUNT = resistencia a la unión de diodos; C _J = capacidad de la unión, y R _S . resistencia en serie = Para entender por qué los circuitos de las figuras 1 a 3 podría oscilar, es útil para trazar la frecuencia de la ganancia en lazo abierto y el factor de retroalimentación.Figura 5 parcelas de la respuesta de ganancia en lazo abierto del amplificador operacional. Es constante desde DC hasta el polo dominante frecuencia de esquina, sino que disminuye en 20 dB por década a partir de entonces hasta que alcanza la segunda esquina polos. Matemáticamente, la respuesta de un solo polo se puede representar como:

(Ec. 1)

Donde:
Un _VOL = CC ganancia en bucle abierto
Un _VOL (jw) = ganancia en bucle abierto correspondiente a la frecuencia, w
w _PD = polo dominante de frecuencia en radianes / segundos mediante el circuito equivalente simplificado para el fotodiodo, la red de realimentación es simplemente una de un polo del filtro RC formado por la resistencia de retroalimentación, R $ _F , y la capacitancia de entrada total, C _i (capacidad de la unión del fotodiodo en paralelo con la capacitancia de entrada del amplificador operacional). El factor de retroalimentación se da como:

(Ec. 2)

Por lo tanto, la recíproca del factor de realimentación es:

(Ec. 3)

La figura 5 también traza la curva de respuesta de 1 / β (jw). A bajas frecuencias, la curva se mantiene plana con ganancia unitaria, como se espera de la respuesta de ganancia unitaria de resistencia. A continuación, se eleva a 20dB/dec a partir de la frecuencia de esquina, f _F . Figura 5. Ganancia en bucle abierto, Una _VOL (jw), y el recíproco del factor de captación, 1 / β (jw), frente a la frecuencia. La tasa de cierre entre las dos curvas determina la probabilidad de oscilaciones / timbre. Desde la estabilidad Barkhausen criterio, la oscilación puede resultar si el bucle cerrado TIA circuito no tiene margen de fase suficiente para Ap ≥ 1. Por lo tanto, la intersección de la A _VOLcurva de respuesta (jw) con la curva 1 / β (jw) denota una intersección crítico fundamental para el análisis de estabilidad. El margen de fase a esta frecuencia intersección se puede determinar mediante la observación de la tasa de cierre entre las dos curvas de respuesta, una _VOL (jw) y 1 / β (jw). Si la tasa de cierre de las dos curvas de respuesta es 40 dB, como se ve en la Figura 5, el circuito será inestable. Hay otra manera intuitiva de entender esto.A frecuencias más bajas el desplazamiento de fase en la señal de realimentación es de 180 grados debido a la naturaleza inversora de la realimentación negativa. A medida que la frecuencia aumenta también en la región de la pendiente de A -20dB/dec _VOL , el polo dominante del amplificador operacional puede agregar hasta 90 grados de desplazamiento de fase. De manera similar, el polo introducida por la red de realimentación puede añadir otros 90 grados de desplazamiento de fase, produciendo así un desplazamiento de fase de aproximadamente 360 grados en Ap = 1. Si el cambio de fase es de 360 grados, autosuficientes dará lugar a oscilaciones. Si el desplazamiento de fase está cerca de 360 grados, timbre pesado que se observa. En cualquier caso, alguna forma de esquema de compensación de fase se requiere para estabilizar el circuito.

No Evil deja de tener su compensación: Cálculos Comentarios de condensadores

Es de conocimiento común que la adición de un condensador de derivación en paralelo con la resistencia de realimentación proporciona la compensación necesaria para garantizar suficiente margen de fase ( Figura 6 ). Es importante para calcular el valor del condensador de retroalimentación necesario para proporcionar una compensación óptima. Para tener en cuenta el valor añadido de fase de compensación de condensadores, sustituto Z _F en la ecuación 2 con R _F | | C _F . El factor de retroalimentación se convierte ahora en:

(Ec. 4)

Comparando la Ecuación 2 y la ecuación 4 muestra que la adición de condensador C _F introduce un cero en el factor de retroalimentación, además de modificar su polo. El cero compensa el desplazamiento de fase introducido por la red de realimentación. Esto puede verse gráficamente en la Figura 7 . Si el desplazamiento de fase está sobrecompensado eligiendo un condensador de realimentación grande, entonces la tasa de cierre se puede reducir a 20 dB por década (90 grados de margen de fase). Sin embargo, también reduce el exceso de compensación puede utilizar el ancho de banda de la TIA. Mientras que un ancho de banda reducido que no puede ser un problema con las aplicaciones de fotodiodos de baja frecuencia y alta frecuencia-o baja-Ciclo-pulsado circuitos fotodiodo definitivamente necesita para maximizar el ancho de banda disponible. Para tales aplicaciones, el objetivo es encontrar el valor mínimo del condensador de compensación de realimentación, C _F , necesaria para eliminar la oscilación y minimizar timbre. Sin embargo, es siempre una buena idea de compensar en exceso el circuito de la TIA ligeramente.Sobrecompensación se recomienda para proporcionar banda de guarda suficiente para tener en cuenta la variación de hasta ± 40% del ancho de banda un amplificador operacional sobre las esquinas de proceso y la tolerancia del condensador de realimentación. Figura 6. Fase compensación condensador C _F ayuda a mejorar la estabilidad.Figura 7. Fase de respuesta con el condensador de compensación de fase, C _F . Un compromiso un buen diseño es apuntar a los 45 grados de margen de fase en la intersección de la A _VOL (jw) y 1 / β (jw) curvas. Este margen requiere que el valor óptimo de C _F que se calcula de manera que el cero añadido en el factor de realimentación, β (jw), está situado en la frecuencia correspondiente a Ap = 1, como se muestra en la Figura 7. Una ecuación para la frecuencia de intersección es:

(Ecuación 5)

Ecuación 5 tiene dos incógnitas, la frecuencia de intersección, f _i , y el condensador de realimentación, C _F . Para resolver para C _F , tenemos que encontrar otra ecuación simultánea. Una manera de obtener la segunda ecuación es equiparar la A _VOL (jw _i ) y 1 / β (jw _i ) curvas. La ecuación resultante es complicado y no se presta a una fácil solución. El método gráfico para resolver C _F es una alternativa más conveniente. ² figura de Observación 7, las dos curvas tienen una pendiente de 20dB/dec. Por lo tanto, el triángulo aproximado formado por las dos curvas con el eje horizontal es isósceles. Por lo tanto, la frecuencia de intersección, f _i , es el promedio de los otros dos vértices. Dado que la frecuencia se representa en la escala logarítmica, tenemos:

(Ec. 6)

Aquí:

(Ec. 7)

Donde f _GBWP = ancho de banda de ganancia unitaria del amplificador operacional. Para tener en cuenta la variación en el ancho de banda de ganancia unitaria sobre las esquinas de proceso, seleccione f _GBWP a ser el 60% del valor especificado en la hoja del amplificador operacional de datos. Para amplificadores operacionales descompensada, utilice f _GBWP para igualar 60% de la frecuencia a la cual el proyección de la A-20dB _VOL (jw _i ) la pendiente intersección con la 0dB x-eje de la línea. Con un poco de manipulación algebraica, la ecuación 6 puede ser reescrita como:

(Ec. 8)

La ecuación 8 muestra que la frecuencia de intersección, f _i , es igual a la media geométrica de la anchura de banda de ganancia unitaria, f _GBWP , y la frecuencia de polo esquina, f _F , de β (jw). Sustituyendo f _F de la ecuación 7, se obtiene:

(Ec. 9)

Igualando las ecuaciones 5 y 9, y elevar al cuadrado, obtenemos:

La ecuación cuadrática anterior puede ser fácilmente resuelto para calcular el siguiente valor de C _F :

(Ec. 10)

El valor calculado de la retroalimentación condensador C _F es válida para fotodiodos tanto de gran superficie y de área pequeña.

Muy bien ... Danos el ámbito ahora: Ejemplo de diseño

AIT se utilizan en una variedad de aplicaciones tales como gafas de 3D, reproductores de discos compactos, oxímetros de pulso, control remoto IR, sensores de luz ambiental, equipos de visión nocturna, y la gama láser de encontrar. Considere la posibilidad de una aplicación de la lluvia-sensor. Sensores de lluvia se utilizan actualmente en los automóviles de gama alta para ajustar automáticamente la velocidad del limpiaparabrisas en función de la presencia e intensidad de la lluvia. Por lo general, los sensores de lluvia ópticos funcionan según el principio de reflexión interna total. El sensor es generalmente ubicado detrás de espejo retrovisor del conductor. Un infrarrojo fuente de luz láser vigas los pulsos de luz en un ángulo en el parabrisas. Si el vaso no está mojado, entonces la mayoría de la luz regresa al detector de fotodiodo. Si el vidrio está mojado, a continuación, algo de la luz es refractada y menos luz es detectada por el sensor de sintonización en el limpiaparabrisas. La velocidad del limpiaparabrisas se establece en función de la rapidez con la humedad se acumula entre los barridos. La detección de la variación de la humedad para el ajuste del limpiaparabrisas al tiempo que rechaza la frecuencia baja, con luz ambiente el contenido de IR requiere el sensor de lluvia para funcionar a una frecuencia de pulso sobre 100Hz. Por ejemplo, considere el problema de diseñar un AIT para el sensor de lluvia con las siguientes especificaciones:fotodiodo IR impulso de corriente pico de amplitud = 50nA hasta 10μA, dependiendo del contenido de la luz reflejadaen la duración del tiempo = 50μs Ciclo de trabajo = 5% R _F = 100kΩ BPW46 fotodiodo se utiliza el cuadro 1 se enumeran algunos de bajo ruido, CMOS de entrada, Maxim amplificadores operacionales se utilizan popular en los circuitos de la TIA en una amplia variedad de aplicaciones. Para este ejemplo, el diseño, seleccionamos el MAX9636 amplificador operacional. El MAX9636 es también adecuado para otras baterías, equipos portátiles ya que su diseño es un buen equilibrio entre la más baja de reposo actual y nivel de ruido. Para aplicaciones de mayor ancho de banda, amplificadores operacionales, como el MAX4475 y MAX4230 podría ser más adecuado. Tabla 1. Maxim Op adecuados para amplificadores amplificador de transimpedancia Circuitos

Parte
Entrada de la corriente de polarización (pA)
Voltaje de entrada de ruido (nv / sqrt (Hz))
Corriente de suministro (mA)
Unidad de ancho de banda de ganancia (MHz )
Paquete más pequeño
Características

MAX9636
<0,8
38 a 1kHz
36
1.5
SC70
De baja potencia, corriente de polarización de baja, alta GBWpara abastecer coeficiente de liquidez, de bajo costo

MAX9620
<80
42 a 1kHz
59
1.5
SC70
De precisión, de baja potencia, alto ratio GBW a suministrar corriente

MAX9613
<1,55
28 a 10 kHz
220
2.8
SC70
Corriente de polarización de baja en el V _CM = V _EA , V _OS de auto-calibración

MAX4475
<1
4,5 a 1 kHz
2200
10
SOT23, TDFN
Ultra-bajo nivel de ruido

MAX4230
<1
15 a 1 kHz
1100
10
SC70
Gran ancho de banda, bajo nivel de ruido

MAX9945
<0,15
16,5 a 1 kHz
400
3
TDFN
De alta tensión, de baja potencia

MAX4250
<1
8,9 a 1 kHz
400
3
SOT23
Bajo nivel de ruido y baja distorsión

MAX4238
<1
30 a 1kHz
600
1
SOT23, TDFN
La precisión y la baja deriva

MAX4400
<1
36 a 10 kHz
320
0.8
SC70
Bajo costo

El valor estimado de la capacitancia de retroalimentación se calcula mediante la sustitución de los siguientes parámetros en la ecuación 10:

C _i
Capacitancia = unión de fotodiodo (70pF) + capacitancia de entrada del 2PF MAX9636

= 72pF

f _GBWP = 0.9MHz.

Ancho de banda de ganancia no es un parámetro recortado y puede variar ± 40% sobre la esquina para cualquier proceso de amplificador operacional. En consecuencia, a pesar de que la hoja de datos especifica el ancho de banda de ganancia unitaria típica ser 1.5MHz, hemos considerado el ancho de banda de ganancia unitaria en un 60% de este valor típico para tener en cuenta las variaciones del proceso. En este caso, R _F = 100kΩ.Therefore, el valor calculado de C _F = 15.6pF. El siguiente valor más alto estándar del condensador es 18pF. Figura 8 muestra la salida de la TIA sin condensador de realimentación de compensación y el uso de los circuitos de las Figuras 1 a 3. Como era de esperar, la oscilación se observa sin condensador de compensación de fase. Si C _F = 10pF se utiliza, a continuación, sonando paradas, aunque un sobreimpulso es aún visible como se ve en la Figura 9 . A continuación, el valor de condensador de realimentación se incrementa hasta el valor recomendado calculado de 18pF. La figura 10 muestra que no hay timbre o la oscilación que se observa para el C _F = 18pF caso, validando así el análisis teórico anterior. La figura 11 muestra el correspondiente pequeña señal de respuesta de paso con una amplitud de 50nA fotodetector actual. Figura 8. MAX9636 salida con R _F = 100kΩ, C _F no está instalado, y un impulso de entrada actual 10μA. Figura 9. MAX9636 salida con R _F = 100kΩ, C _F = 10pF, y una entrada 10μA corriente de impulsos.Figura 10. MAX9636 salida con R _F = 100kΩ, C _F = 18pF, Ci = 72pF, y un impulso de entrada actual 10μA. Figura 11. MAX9636 de salida con R _F = 100kΩ, C _F = 18pF, Ci = 72pF, y un pulso de corriente de entrada 50nA. De forma de onda es acoplada en AC con el fin de acercarse este artículo se demuestra la teoría y los cálculos para compensar y estabilizar un circuito de TIA. Un buen partido se observó entre los resultados teóricos y de laboratorio.Referencias

1. Jiang, H., y Yu, PKL, "Análisis de circuitos equivalentes de las distorsiones armónicas en el fotodiodo," IEEE Photonics Cartas ® Technology, Vol.. 10, núm. 11 de noviembre de 1998, pp 1608-1610.
2. Graeme, Jerald, "Amplificadores Fotodiodos: Soluciones de amplificadores operacionales," The McGraw-Hill Companies, Inc., ISBN 0-07-024.247-X, pp 47-50.

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