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設(shè)計(jì)用于精密光電傳感的跨阻放大器

1946866 2022-11-28 | pdf | 226.77KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

光電二極管及其關(guān)聯(lián)的跨阻抗或前置放大器是光與有用輸出電壓之間的橋梁。盡管它們是基本元件，但設(shè)計(jì)精密儀器所需的電路會(huì)帶來(lái)一系列多維問(wèn)題，并且需要特別注意參數(shù)，例如相位裕度。光電二極管及其關(guān)聯(lián)的跨阻抗或前置放大器是光與有用輸出電壓之間的橋梁。盡管它們是基本元件，但設(shè)計(jì)精密儀器所需的電路會(huì)帶來(lái)一系列多維問(wèn)題，并且需要特別注意參數(shù)，例如相位裕度。相位裕量尤為重要，因?yàn)樗鼪Q定了電路的階躍響應(yīng)、過(guò)沖特性和品質(zhì)因數(shù) (Q)。然而，達(dá)到所需的相位裕度是一個(gè)過(guò)程。相位裕量尤為重要，因?yàn)樗鼪Q定了電路的階躍響應(yīng)、過(guò)沖特性和品質(zhì)因數(shù) (Q)。然而，達(dá)到所需的相位裕度是一個(gè)過(guò)程。在跨阻放大器 (TIA) 設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員定義了運(yùn)算放大器 (op amp) 的輸出擺幅。從那時(shí)起，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始定義反饋電阻器和電容器，這決定了 TIA 的相位裕度。在跨阻放大器 (TIA) 設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員定義了運(yùn)算放大器 (op amp) 的輸出擺幅。從那時(shí)起，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始定義反饋電阻器和電容器，這決定了 TIA 的相位裕度。本文將簡(jiǎn)要討論運(yùn)算放大器的可用輸出擺幅范圍，然后是目標(biāo)相位裕度推導(dǎo)。本文將簡(jiǎn)要討論運(yùn)算放大器的可用輸出擺幅范圍，然后是目標(biāo)相位裕度推導(dǎo)。TIA 在光電傳感電路中的應(yīng)用TIA 在光電傳感電路中的應(yīng)用跨阻放大器 (TIA) 等光電傳感電路可用于計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 掃描儀、血液分析儀和煙霧探測(cè)器等精密系統(tǒng)。光電壓轉(zhuǎn)換的其他用途是位置傳感器、紅外 (IR) 高溫計(jì)和色譜儀。在這些電路中，光電二極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小電流，該電流與光照水平成正比。跨阻放大器 (TIA) 等光電傳感電路可用于計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 掃描儀、血液分析儀和煙霧探測(cè)器等精密系統(tǒng)。光電壓轉(zhuǎn)換的其他用途是位置傳感器、紅外 (IR) 高溫計(jì)和色譜儀。在這些電路中，光電二極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小電流，該電流與光照水平成正比。TIA 將光電二極管的電流輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用的電壓電平。這種電流電壓轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)包括一個(gè)光電二極管、一個(gè)放大器和一個(gè)電阻器/電容器反饋對(duì)（圖 1）。TIA 將光電二極管的電流輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用的電壓電平。這種電流電壓轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)包括一個(gè)光電二極管、一個(gè)放大器和一個(gè)電阻器/電容器反饋對(duì)（圖 1）。圖 1：在簡(jiǎn)化模式下具有光電二極管和放大器的零反向偏置 TIA 電路。該 TIA 電路包含寄生放大器輸入電容以及光電二極管結(jié)電容。（圖片來(lái)源：Digi-Key Electronics）圖 1：在簡(jiǎn)化模式下具有光電二極管和放大器的零反向偏置 TIA 電路。該 TIA 電路包含寄生放大器輸入電容以及光電二極管結(jié)電容。（圖片來(lái)源：Digi-Key Electronics）令人驚訝的是，該應(yīng)用電路存在大量多維問(wèn)題，其中最具挑戰(zhàn)性的是滿足首選相位裕度。為了使設(shè)計(jì)人員能夠做到正確，他們必須使用電路的相位響應(yīng)來(lái)確定電路的階躍響應(yīng)、過(guò)沖特性和 Q 因數(shù)。令人驚訝的是，該應(yīng)用電路存在大量多維問(wèn)題，其中最具挑戰(zhàn)性的是滿足首選相位裕度。為了使設(shè)計(jì)人員能夠做到正確，他們必須使用電路的相位響應(yīng)來(lái)確定電路的階躍響應(yīng)、過(guò)沖特性和 Q 因數(shù)。定義反饋電阻 R 定義反饋電阻 R F