如何为互阻抗放大器电路选择组件
电路I-V带宽受组件精度影响。为满足电路设计要求,带宽设置为要求的1.5倍:
本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/266433.htm![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201412/36ac0d44ca7ce8e70178f9e665ddd2da.png)
对于高频率信号 (
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) 而言,补偿电容器的阻抗远远低于反馈电阻器,反馈网络阻抗由补偿电容器决定,因此在高频率 (
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) 下,噪声增益由 C1 和 Ci 决定:
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为确保放大器稳定,1/β与Aol相交的点必须小于或等于20dB/十倍频程。因此在稳定的情况下,Aol和1/β曲线将在
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的增益位置相交。根据高精度放大器的增益带宽积,我们可计算出交叉点频率为:
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如果
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,电路就很稳定,因此我们要求:
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从图2我们知道,增大GBW会导致噪声带宽增大,最终造成总输出噪声增大。在
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时,闭环电路具有45度的相位裕度,因此电路保持稳定。在噪声增益曲线(1/β)和放大器开环增益曲线将随组件变动而移动时,为保持电路稳定,我们选择GBW临界值为1.5倍的放大器:
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设计步骤可总结如下:
(1)确定信号增益(反馈电阻器R1):
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201412/3c147816343e68ceb2d960414e7b8199.png)
(2)计算补偿电容器C1:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/201412/c9575720209f6b99034fa1af80888820.png)
(3)计算放大器GBW:
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(4)选择一款能满足步骤(3)中GBW要求的低偏置电流放大器。
(5)使用所选放大器的参数验证R1和GBW:
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在该步骤中,
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是优化值。
(6)如果步骤(5)通过验证,设计就完成了。如果不能通过验证,请选择较小值的R1或较大GBW的放大器,反回步骤(1)。
在放大器确定后,如何选择光电二极管、R1和C1:
如果我们已经选定运算放大器,我们就知道运算放大器的GBW、Vomax和Ci-OPA。根据运算放大器规范,我们将知道如何选择光电二极管、反馈电阻器和电容器。由于放大器已选定,因此Aol已经知道。图5是光电二极管的终端电容如何影响噪声增益。
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图5:光电二极管终端电容器对电路噪声增益曲线的影响
从图5可以明显看出,对于较小光电二极管电容而言,总体噪声更理想。因此我们需要选择电容较小的光电二极管。结点电容与扩散面积成正比,与耗尽区宽度成反比。扩散面积与灵敏度成正比。如果通过缩小耗尽区来降低结点电容,也会导致光电二极管灵敏度下降。在这种情况下,我们需要增大互阻抗来放大信号。使用极大值的反馈电阻器对电路性能不利,原因有几个。首先我们可以看到,使用较大反馈电阻器增大了噪声带宽,而且电阻器本身也在电路中产生了额外的热噪声(见图3)。其次,如果我们使用极大的电阻器来确保带宽,我们就必须使用较小的补偿电容。图4是使用较小补偿电容会增大噪声增益的情况。最后,大型电阻器及二极管的暗电流还会在输出端造成较大的失调,其将限制电路的动态范围。
此外,该电容还取决于反向偏置电压。在光电二极管上应用反向电压以减少结点电容,从而降低噪声,是一种值得考虑的方法。但仍然需要注意来自反向偏置电压源的噪声。我们可使用LPF滤除偏置噪声。该LPF必须使用小阻值电阻器,以防止调制光电二极管上的电压。
我们现在有了放大器和光电二极管,接下来的步骤基本与上述六个步骤一样,但没有步骤(3)和步骤(4),因为我们已经知道GBW:
(1)确定信号增益(反馈电阻器R1):
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(2)计算补偿电容器C1:
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(3)验证:
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(4) 如果步骤(3)验证通过,设计即完成。如果验证失败,请选择更小值的R1或更大GBW的放大器,然后返回步骤(1)。
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