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Corso di “Elettronica per Sensori e Trasduttori ”
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Il primo modo di operare è il fotovoltaico. La giunzione pn non è polarizzata (polarizzazione nulla). Ciò nonostante vi è sempre una piccola regione di transizione, generata dal potenziale built-in della giunzione pn. La modalità fotovoltaica ha come caratteristica, una bassa corrente di rumore (dark current: misurata in assenza di luce); in questa modalità, il diodo non è molto veloce perché la capacità della giunzione è rilevante, a differenza del caso in cui polarizziamo la giunzione inversamente: la capacità intrinseca diminuisce, mentre il diodo diventa più veloce (in presenza della polarizzazione però il diodo perde di linearità ed aumenta la dark current). La linearità caratteristica, della modalità fotovoltaica, è molto alta, può estendersi anche per sei ordini di grandezza, ovvero si può andare da una illuminazione molto bassa ad una alta mantenendo un elevato grado di linearità della risposta della corrente (questa linearità permette di utilizzare il foto diodo come light-meters).
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Un’altra considerazione riguarda le caratteristiche che deve avere l’OPAMP. Bisogna fare attenzione alle correnti di bias dell’opamp, che possono essere molto grandi rispetto alla fotocorrente generata dal diodo: per esempio il uA741 ha una corrente di bias di 100nA, quindi la I sc sarebbe completamente oscurata. Sono necessari invece, FET input electrometer grade opamp (in grado non assorbire corrente). Viene riportata di seguito una tabella che riporta le caratteristiche di alcuni di essi:
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È facile osservare che nei dispositivi in tabella, al diminuire della corrente di bias, aumenta la deriva dell’offset in termini di V/°C. L’AD795 è un buon compromesso fra gli altri due dispositivi. Poiché la I sc è misurata in termini di pA, estrema attenzione deve essere prestata a potenziali su leackage paths. Persino su una PCB (Printed Circuit Board) di alta qualità, su cui è depositato uno spessore di isolante (epoxy- glass), se due piste metalliche, sono distanti 0.05 pollici e corrono parallele per un pollice, esse avranno una resistenza di leackage di 10 11 ohms@125°C. Applicando una tensione di 15V tra le linee ci sarà una corrente di circa 150pA, ben maggiore di quella da misurare.
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Se avessimo considerato tutti i contributi, avremmo ottenuto una V TOT =37.6uV, sbagliando di solo 0.1 uV RMS, ciò a conferma che i contributi dominanti sono quelli dovuti ai resistori e quello dovuto al rumore di tensione sul nodo non invertente. Poiché abbiamo visto che aumentando C 2 non si ha un beneficio, l’unica maniera per limitare il rumore è quello di inserire un filtro LP ( nel nostro caso a 20Hz) riducendo il rumore da 37.6µV a 28.5µV RMS (in pratica il restante rumore è dato dai resistori, ma poiché si trova nella stessa banda del segnale non potrà essere eliminato).
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