如何為互阻抗放大器電路選擇組件

　　電路I-V帶寬受組件精度影響。為滿足電路設(shè)計(jì)要求，帶寬設(shè)置為要求的1.5倍：

　　對(duì)于高頻率信號(hào) (

) 而言，補(bǔ)償電容器的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反饋電阻器，反饋網(wǎng)絡(luò)阻抗由補(bǔ)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(wěn)定，1/β與Aol相交的點(diǎn)必須小于或等于20dB/十倍頻程。因此在穩(wěn)定的情況下，Aol和1/β曲線將在

的增益位置相交。根據(jù)高精度放大器的增益帶寬積，我們可計(jì)算出交叉點(diǎn)頻率為：

　　如果

，電路就很穩(wěn)定，因此我們要求：

　　從圖2我們知道，增大GBW會(huì)導(dǎo)致噪聲帶寬增大，最終造成總輸出噪聲增大。在

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

　　設(shè)計(jì)步驟可總結(jié)如下：

　　(1)確定信號(hào)增益(反饋電阻器R1)：

　　(2)計(jì)算補(bǔ)償電容器C1:

　　(3)計(jì)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(shù)驗(yàn)證R1和GBW：

　　在該步驟中，

是優(yōu)化值。

　　(6)如果步驟(5)通過(guò)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)就完成了。如果不能通過(guò)驗(yàn)證，請(qǐng)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，如何選擇光電二極管、R1和C1：

　　如果我們已經(jīng)選定運(yùn)算放大器，我們就知道運(yùn)算放大器的GBW、Vomax和Ci-OPA。根據(jù)運(yùn)算放大器規(guī)范，我們將知道如何選擇光電二極管、反饋電阻器和電容器。由于放大器已選定，因此Aol已經(jīng)知道。圖5是光電二極管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(duì)電路噪聲增益曲線的影響

　　從圖5可以明顯看出，對(duì)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(jié)點(diǎn)電容與擴(kuò)散面積成正比，與耗盡區(qū)寬度成反比。擴(kuò)散面積與靈敏度成正比。如果通過(guò)縮小耗盡區(qū)來(lái)降低結(jié)點(diǎn)電容，也會(huì)導(dǎo)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(lái)放大信號(hào)。使用極大值的反饋電阻器對(duì)電路性能不利，原因有幾個(gè)。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(chǎn)生了額外的熱噪聲(見(jiàn)圖3)。其次，如果我們使用極大的電阻器來(lái)確保帶寬，我們就必須使用較小的補(bǔ)償電容。圖4是使用較小補(bǔ)償電容會(huì)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(huì)在輸出端造成較大的失調(diào)，其將限制電路的動(dòng)態(tài)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(yīng)用反向電壓以減少結(jié)點(diǎn)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(lái)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(diào)制光電二極管上的電壓。

　　我們現(xiàn)在有了放大器和光電二極管，接下來(lái)的步驟基本與上述六個(gè)步驟一樣，但沒(méi)有步驟(3)和步驟(4)，因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道GBW：

　　(1)確定信號(hào)增益(反饋電阻器R1)：

　　(2)計(jì)算補(bǔ)償電容器C1：

　　(3)驗(yàn)證：

　　(4) 如果步驟(3)驗(yàn)證通過(guò)，設(shè)計(jì)即完成。如果驗(yàn)證失敗，請(qǐng)選擇更小值的R1或更大GBW的放大器，然后返回步驟(1)。