El amplificador de transimpedancia es un circuito que convierte corriente a una tensión proporcional. También se denomina convertidor de corriente a voltaje o simple convertidor I a V.
El amplificador de transimpedancia tiene resistencia de entrada idealmente cero y baja resistencia de salida. El amplificador de transconductancia tiene muchas aplicaciones en la electrónica diaria. Por ejemplo, la conversión a corriente detectada por un fotodiodo en una tensión proporcional, aplicaciones de convertidor digital a analógico (DAC), etc. Los convertidores de corriente a tensión son de dos tipos, pasivos y activos.
Convertidor pasivo de corriente a tensión.
Como su nombre lo indica, sólo se utilizan elementos pasivos para implementar el circuito. A continuación se muestra el diagrama de circuito de un convertidor pasivo de corriente a tensión. Aquí la resistencia R convierte la corriente I de la fuente de corriente en una tensión proporcional a través de R misma. El mecanismo sigue la ley de Ohm (V = IR).
Convertidor pasivo de corriente a tensión.
De todos modos, el convertidor pasivo de corriente a voltaje tiene muchas limitaciones. Para el funcionamiento correcto, la fuente de corriente de entrada y la carga de salida deben ser ideales. Esto significa que la resistencia de carga de salida debe ser cercana al infinito, la corriente de la fuente de corriente debe ser independiente del voltaje creado a través de la resistencia de carga (la fuente de corriente debe tener capacidad ilimitada) y también la fuente de corriente debe tener resistencia interna infinita. Estas condiciones son prácticamente imposibles de alcanzar y, por lo tanto, los convertidores pasivos de corriente a voltaje se usan rara vez en aplicaciones prácticas.
Convertidor activo de corriente a voltaje (amplificador de transimpedancia).
Un convertidor activo de corriente a tensión (amplificador de transimpedancia) se basa en elementos activos como BJTs, FETs o un opamp. El amplificador de transimpedancia que usa el opamp es el que se usa comúnmente. A continuación se muestra el diagrama de circuito de un convertidor de intensidad / voltaje basado en el modo de operación.
Circuito amplificador activo de transimpedancia
En el diagrama de circuito V + y V- son las fuentes de tensión para el amplificador. Rf es la resistencia de realimentación y RL es la resistencia de carga.
Expresión para la tensión de salida.
La ecuación para el voltaje de salida del convertidor de intensidad / voltaje basado en la intensidad óptica puede deducirse como sigue. El opamp aquí está cableado en modo de inversión de bucle cerrado con resistencia de realimentación = Rf. Sea iIN la corriente de entrada que necesita ser convertida y Vout la tensión de salida del circuito del convertidor.
La ecuación para la ganancia de tensión (Av) de un amplificador de inversión de amplificador óptico se puede escribir como,
Av = - Rf / R ^ {1}.
Por lo tanto Vout = - (Rf / R1) (Vin) .......... (1)
Puesto que la entrada no inversora está conectada a tierra y el opamp ideal tiene una resistencia de entrada infinita, podemos asumir V1 = 0 y V1 = V2.
También i IN = Vin / R1 ................................. (2)
Sustituyendo (2) en la ecuación (1) obtenemos
Vout = - (i IN) (RF)
En palabras simples, un convertidor de corriente a voltaje que usa el opamp se hace reemplazando R1 y Vin de un amplificador inversor de opamp y reemplazándolo con una fuente de corriente i IN.
