Wstęp
Historycznie patrząc wzmacniacze z sprzężeniem prądowym (ang. CFA) nie były pierwszym, domyślnym wyborem do wykorzystania w aplikacji jako wzmacniacze transimpedancyjne (ang. TIA) (w ogólności - konwertery prąd-napięcie) z uwagi na relatywnie wysoki prąd potrzebny na wejściu odwracającym oraz szum prądowy tego wejścia który jest, co najmniej, o rząd wielkości większy niż szum napięciowy w analogicznym wzmacniaczu z sprzężeniem napięciowym. Co więcej, wielu projektantów systemu nie jest dostatecznie zaznajomiona z układami CFA, zatem nie czują się komfortowo podczas ich aplikowania w swoich urządzeniach. Fakty jednak pozostają takie że układy wykorzystujące pętlę sprzężenia prądowego są łatwe do projektowania i aplikacji oraz bez problemu mogą przewyższyć swoimi parametrami analogiczne układy z sprzężeniem napięciowym w systemach gdzie konieczne jest wysokie wzmocnienie przy niskim poborze mocy i szerokim pasmie z dużą prędkością narastania napięcia wyjściowego. Jedną z wielu zalet stosowania CFA jest fakt iż w idealnym wzmacniaczu tego typu wzmocnienie jest w pełni niezależne od wzmocnienia w zamkniętej pętli sprzężenia. Oznacza to że wzmacniacz z sprzężeniem prądowym charakteryzuje się doskonałymi parametrami jeśli chodzi o pasmo i zniekształcenia harmonicznie, które są niezależne od użytego wzmocnienia.
Z uwagi na niski prąd wejściowy i niewielki poziom szumu sugeruje się użytkowanie wzmacniaczy operacyjnych z wejściem FETowym w aplikacjach pomiaru prądów, szczególnie gdy mierzony prąd jest niski, a taka sytuacja występuje gdy źródłem prądu jest np. fotodioda lub inny element światłoczuły. Z drugiej strony FETowe wzmacniacze operacyjne charakteryzują się niewielką szybkością działania, co może być poważną wadą w wielu systemach. Stosowanie wzmacniaczy z sprzężeniem prądowym rozwiązuje wszystkie te problemy, gdyż z jednej strony jest to czuły i niskoszumny układ a z drugiej zapewnia dużo większe pasmo działania, szczególnie w systemach które odporniejsze są na większą amplitudę szumu.
W niniejszym artykule opisano jak radzić sobie z pasożytniczą pojemnością fotodiody, czy innych przetworników światło-prąd i jak ta pojemność wpływa na pracę wzmacniacza z sprzężeniem prądowym w aplikacji konwertera prąd-napięcie. W artykule opisano także jak skompensować te pojemności aby układ pracował prawidłowo. Zawarto także poniżej krótkie wprowadzenie odnośnie działania CFA a także wskazanie na pewne paralele wzmacniaczy z sprzężeniem prądowym i napięciowym. Nie analizowano tutaj parametrów takich jak "wzmocnienie szumu" w przypadku VFA czy "impedancja sprzężenia zwrotnego" układu CFA. Zamiast tego zaaplikowano klasyczną teorię sprzężenia zwrotnego do wykonania obliczeń wzmacniaczy z rozmaitymi sprzężeniami, dzięki czemu uniknięto problemów odnośnie aparatu pojęciowego, który jest różny dla wzmacniaczy z sprzężeniem prądowym i napięciowym. Dodatkowo w łatwy sposób da się wyznaczyć w ten sposób charakterystyki Bodego.
Źródła:
Część 1 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601047.html
Część 2 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601137.html
Część 3 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601627.html
Część 4 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601652.html
Część 5 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2602223.html
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-07/current_feedback.html
Historycznie patrząc wzmacniacze z sprzężeniem prądowym (ang. CFA) nie były pierwszym, domyślnym wyborem do wykorzystania w aplikacji jako wzmacniacze transimpedancyjne (ang. TIA) (w ogólności - konwertery prąd-napięcie) z uwagi na relatywnie wysoki prąd potrzebny na wejściu odwracającym oraz szum prądowy tego wejścia który jest, co najmniej, o rząd wielkości większy niż szum napięciowy w analogicznym wzmacniaczu z sprzężeniem napięciowym. Co więcej, wielu projektantów systemu nie jest dostatecznie zaznajomiona z układami CFA, zatem nie czują się komfortowo podczas ich aplikowania w swoich urządzeniach. Fakty jednak pozostają takie że układy wykorzystujące pętlę sprzężenia prądowego są łatwe do projektowania i aplikacji oraz bez problemu mogą przewyższyć swoimi parametrami analogiczne układy z sprzężeniem napięciowym w systemach gdzie konieczne jest wysokie wzmocnienie przy niskim poborze mocy i szerokim pasmie z dużą prędkością narastania napięcia wyjściowego. Jedną z wielu zalet stosowania CFA jest fakt iż w idealnym wzmacniaczu tego typu wzmocnienie jest w pełni niezależne od wzmocnienia w zamkniętej pętli sprzężenia. Oznacza to że wzmacniacz z sprzężeniem prądowym charakteryzuje się doskonałymi parametrami jeśli chodzi o pasmo i zniekształcenia harmonicznie, które są niezależne od użytego wzmocnienia.
Z uwagi na niski prąd wejściowy i niewielki poziom szumu sugeruje się użytkowanie wzmacniaczy operacyjnych z wejściem FETowym w aplikacjach pomiaru prądów, szczególnie gdy mierzony prąd jest niski, a taka sytuacja występuje gdy źródłem prądu jest np. fotodioda lub inny element światłoczuły. Z drugiej strony FETowe wzmacniacze operacyjne charakteryzują się niewielką szybkością działania, co może być poważną wadą w wielu systemach. Stosowanie wzmacniaczy z sprzężeniem prądowym rozwiązuje wszystkie te problemy, gdyż z jednej strony jest to czuły i niskoszumny układ a z drugiej zapewnia dużo większe pasmo działania, szczególnie w systemach które odporniejsze są na większą amplitudę szumu.
W niniejszym artykule opisano jak radzić sobie z pasożytniczą pojemnością fotodiody, czy innych przetworników światło-prąd i jak ta pojemność wpływa na pracę wzmacniacza z sprzężeniem prądowym w aplikacji konwertera prąd-napięcie. W artykule opisano także jak skompensować te pojemności aby układ pracował prawidłowo. Zawarto także poniżej krótkie wprowadzenie odnośnie działania CFA a także wskazanie na pewne paralele wzmacniaczy z sprzężeniem prądowym i napięciowym. Nie analizowano tutaj parametrów takich jak "wzmocnienie szumu" w przypadku VFA czy "impedancja sprzężenia zwrotnego" układu CFA. Zamiast tego zaaplikowano klasyczną teorię sprzężenia zwrotnego do wykonania obliczeń wzmacniaczy z rozmaitymi sprzężeniami, dzięki czemu uniknięto problemów odnośnie aparatu pojęciowego, który jest różny dla wzmacniaczy z sprzężeniem prądowym i napięciowym. Dodatkowo w łatwy sposób da się wyznaczyć w ten sposób charakterystyki Bodego.
Źródła:
Część 1 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601047.html
Część 2 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601137.html
Część 3 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601627.html
Część 4 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2601652.html
Część 5 - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2602223.html
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-07/current_feedback.html
Fajne? Ranking DIY