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利用跨阻放大器確定光敏應(yīng)用的穩(wěn)定性和噪聲增益頻率響應(yīng)

發(fā)布時(shí)間:2020-08-13 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】許多種精密應(yīng)用均具有感應(yīng)光線(xiàn)的功能,并可將光感信息轉(zhuǎn)換成有用的數(shù)字信號(hào)。設(shè)計(jì)人員必須要借助Bode圖精心地對(duì)應(yīng)用前端的電路不穩(wěn)定性進(jìn)行校正。
 
許多種精密應(yīng)用均具有感應(yīng)光線(xiàn)的功能,并可將光感信息轉(zhuǎn)換成有用的數(shù)字信號(hào)。設(shè)計(jì)人員必須要借助Bode圖精心地對(duì)應(yīng)用前端的電路不穩(wěn)定性進(jìn)行校正。
 
利用跨阻放大器確定光敏應(yīng)用的穩(wěn)定性和噪聲增益頻率響應(yīng)
圖1,此雙晶體管電路是一個(gè)用于點(diǎn)亮LED的高增益放大器。
 
在系統(tǒng)前端,前置放大器將光電二極管的電流輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用電壓電平。圖1顯示的是該系統(tǒng)的前端電路,其由一個(gè)光電二極管、一個(gè)運(yùn)算放大器以及一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)組成。該系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為:
 
利用跨阻放大器確定光敏應(yīng)用的穩(wěn)定性和噪聲增益頻率響應(yīng)
 
其中,AOL(jw) 為頻率的放大器開(kāi)環(huán)路增益;b為系統(tǒng)反饋系數(shù),即1/(1+ZIN/ZF);ZIN為分布式輸入阻抗,即 RPD||jw(CPD+CCM+CDIFF);ZF為分布式反饋?zhàn)杩?,?RF||j(CRF+CF)。
 
Bode 圖是確定穩(wěn)定性的一個(gè)有用工具。針對(duì)本設(shè)計(jì)的Bode圖包括放大器的開(kāi)環(huán)路增益和1/b曲線(xiàn)。確定噪聲增益頻率響應(yīng)的一些系統(tǒng)因素為:光電二極管寄生效應(yīng)、運(yùn)算放大器的輸入電容,以及放大器反饋環(huán)路中的RF、CRF和CF。
 
利用跨阻放大器確定光敏應(yīng)用的穩(wěn)定性和噪聲增益頻率響應(yīng)
圖2,開(kāi)環(huán)增益頻率響應(yīng)和反饋增益頻率響應(yīng)的閉合速度是20dB/decade。
 
圖2顯示了1/b曲線(xiàn)的頻率響應(yīng)和放大器的開(kāi)環(huán)路增益響應(yīng):fP=1/(2w(RPD||RF) (CPD+CCM+CDIFF+CF+CRF)) 以及fZ+1/(2w(RF)(CF+CRF))。AOL(jw) 曲線(xiàn)與1/b曲線(xiàn)在興趣點(diǎn) (interesting point) 相交。兩條曲線(xiàn)的閉合速度表明了系統(tǒng)相位裕度,從而可對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如,兩條曲線(xiàn)的閉合速度為20dB/decade。這里,放大器帶來(lái)大約 -90°的相移,反饋系數(shù)帶來(lái)大約0°相移。通過(guò)增加 AOL(jw) 相移的1/b相移,系統(tǒng)的相移可為-90°,其相位裕度為90°,從而帶來(lái)穩(wěn)定的系統(tǒng)。如果這兩條曲線(xiàn)的閉合速度為40dB/decade,則表明相移為 -180°,相位裕度為0°,該電路會(huì)隨階躍函數(shù)輸入發(fā)生振蕩或振鈴。
 
校正電路不穩(wěn)定性的一種方法是添加反饋電容器CF,或者使放大器擁有不同的頻率響應(yīng)或不同的輸入電容。允許放大器帶寬、輸入電容和反饋電阻器值變化的一種比較保守的計(jì)算方法是讓系統(tǒng)的1/b極點(diǎn)位于半頻以下,而兩條曲線(xiàn)恰恰會(huì)在該頻率處相交:
 
利用跨阻放大器確定光敏應(yīng)用的穩(wěn)定性和噪聲增益頻率響應(yīng)
 
其中,fGBW為放大器的增益帶寬乘積。在本設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)相位裕度為65°,階躍函數(shù)的過(guò)沖為5%。
 
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