可編程增益跨阻放大器使光譜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到最大

　　根據(jù)所需的帶寬和反饋電阻，寄生電容可能導(dǎo)致放大器的預(yù)期行為與實(shí)測(cè)行為大不相同。例如，假設(shè)圖11中的放大器使用與上一電路相同的1 MΩ和10 MΩ值，相應(yīng)的電容分別為4.7 pF和0.47 pF，我們選擇10 MΩ增益。如果各開(kāi)關(guān)具有大約0.5 pF的饋通電容，考慮寄生路徑，理想帶寬與實(shí)際帶寬的差異如圖12所示。

　　解決該問(wèn)題的一種方法是將各開(kāi)關(guān)替換為兩個(gè)串聯(lián)開(kāi)關(guān)。這樣，寄生電容將減半，但需要更多元件。圖13顯示了這種方法。

　　如果應(yīng)用需要更高的帶寬，第三種方法是利用SPDT開(kāi)關(guān)將每個(gè)未使用的輸入端連接到地。雖然各斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的寄生電容仍在電路內(nèi)，但圖14b顯示了各寄生電容看起來(lái)是如何從運(yùn)算放大器的輸出端連接到地，或從未使用反饋分支的末端連接到地。從放大器輸出端到地的電容常常導(dǎo)致電路不穩(wěn)定和響鈴振蕩，但在這種情況下，總寄生電容僅有幾pF，不會(huì)對(duì)輸出端產(chǎn)生嚴(yán)重影響。從反相輸入端到地的寄生電容會(huì)與光電二極管的分流電容和運(yùn)算放大器自有的輸入電容相加，與光電二極管的大分流電容相比，增加量微乎其微。假設(shè)各開(kāi)關(guān)有0.5 pF的饋通電容，運(yùn)算放大器輸出端將增加2 pF負(fù)載，大部分運(yùn)算放大器都能毫無(wú)困難地驅(qū)動(dòng)。

　　但是，像任何事情一樣，圖14所示的方法也有缺點(diǎn)。它更復(fù)雜，對(duì)于兩個(gè)以上的增益可能難以實(shí)現(xiàn)。此外，反饋環(huán)路中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)會(huì)引入直流誤差和失真。根據(jù)反饋電阻的值不同，額外帶寬可能很重要，足以保證這種小誤差不影響電路工作。例如，對(duì)于1 MΩ反饋電阻，ADG633的導(dǎo)通電阻在室溫下產(chǎn)生大約50 ppm的增益誤差和5 μV的失調(diào)誤差。但是，如果應(yīng)用要求最高帶寬，那么可以說(shuō)這是一個(gè)缺點(diǎn)。

　　結(jié)論

　　光電二極管放大器是大多數(shù)化學(xué)分析和材料鑒別信號(hào)鏈的基本組成部分。利用可編程增益，工程師可以設(shè)計(jì)儀器來(lái)精確測(cè)量非常大的動(dòng)態(tài)范圍。本文說(shuō)明如何在實(shí)現(xiàn)高帶寬和低噪聲的同時(shí)確保穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)可編程增益TIA涉及到開(kāi)關(guān)配置、寄生電容、漏電流和失真等挑戰(zhàn)，但選擇合適的配置并仔細(xì)權(quán)衡利弊可以實(shí)現(xiàn)出色的性能。