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如何為互阻抗放大器電路選擇組件

作者: 時間:2014-12-07 來源:網絡 收藏

  電路I-V帶寬受組件精度影響。為滿足電路設計要求,帶寬設置為要求的1.5倍:

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/266433.htm

  

 

  對于高頻率信號 (

) 而言,補償電容器的阻抗遠遠低于反饋電阻器,反饋網絡阻抗由補償電容器決定,因此在高頻率 ( 

) 下,噪聲增益由 C1 和 Ci 決定:

 

  

 

  為確保放大器穩定,1/β與Aol相交的點必須小于或等于20dB/十倍頻程。因此在穩定的情況下,Aol和1/β曲線將在

的增益位置相交。根據高精度放大器的增益帶寬積,我們可計算出交叉點頻率為:

 

  

 

  如果

,電路就很穩定,因此我們要求:

 

  

 

  從圖2我們知道,增大GBW會導致噪聲帶寬增大,最終造成總輸出噪聲增大。在

時,閉環電路具有45度的相位裕度,因此電路保持穩定。在噪聲增益曲線(1/β)和放大器開環增益曲線將隨組件變動而移動時,為保持電路穩定,我們選擇GBW臨界值為1.5倍的放大器:

 

  

 

  設計步驟可總結如下:

  (1)確定信號增益(反饋電阻器R1):

 

  (2)計算補償電容器C1:

 

  (3)計算放大器GBW:

 

  (4)選擇一款能滿足步驟(3)中GBW要求的低偏置電流放大器。

  (5)使用所選放大器的參數驗證R1和GBW:

 

  在該步驟中,

是優化值。

 

  (6)如果步驟(5)通過驗證,設計就完成了。如果不能通過驗證,請選擇較小值的R1或較大GBW的放大器,反回步驟(1)。

  在放大器確定后,如何選擇、R1和C1:

  如果我們已經選定運算放大器,我們就知道運算放大器的GBW、Vomax和Ci-OPA。根據運算放大器規范,我們將知道如何選擇、反饋電阻器和電容器。由于放大器已選定,因此Aol已經知道。圖5是的終端電容如何影響噪聲增益。

  

 

  圖5:光電二極管終端電容器對電路噪聲增益曲線的影響

  從圖5可以明顯看出,對于較小光電二極管電容而言,總體噪聲更理想。因此我們需要選擇電容較小的光電二極管。結點電容與擴散面積成正比,與耗盡區寬度成反比。擴散面積與靈敏度成正比。如果通過縮小耗盡區來降低結點電容,也會導致光電二極管靈敏度下降。在這種情況下,我們需要增大互阻抗來放大信號。使用極大值的反饋電阻器對電路性能不利,原因有幾個。首先我們可以看到,使用較大反饋電阻器增大了噪聲帶寬,而且電阻器本身也在電路中產生了額外的熱噪聲(見圖3)。其次,如果我們使用極大的電阻器來確保帶寬,我們就必須使用較小的補償電容。圖4是使用較小補償電容會增大噪聲增益的情況。最后,大型電阻器及二極管的暗電流還會在輸出端造成較大的失調,其將限制電路的動態范圍。

  此外,該電容還取決于反向偏置電壓。在光電二極管上應用反向電壓以減少結點電容,從而降低噪聲,是一種值得考慮的方法。但仍然需要注意來自反向偏置電壓源的噪聲。我們可使用LPF濾除偏置噪聲。該LPF必須使用小阻值電阻器,以防止調制光電二極管上的電壓。

  我們現在有了放大器和光電二極管,接下來的步驟基本與上述六個步驟一樣,但沒有步驟(3)和步驟(4),因為我們已經知道GBW:

  (1)確定信號增益(反饋電阻器R1):

 

  (2)計算補償電容器C1:

 

  (3)驗證:

 

  (4) 如果步驟(3)驗證通過,設計即完成。如果驗證失敗,請選擇更小值的R1或更大GBW的放大器,然后返回步驟(1)。

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