Projektowanie układu wzmacniacza transimpedancyjnego w praktyce
Fotodiody i inne układy fotoelektryczne charakteryzują się pasożytniczą równoległą pojemnością, proporcjonalną do powierzchni czynnej układu. Gdy Ro = 0 pojemność ta jest niewidoczna dla układu, gdyż oba jej wyprowadzenia sprowadzone są do tego samego potencjału (zazwyczaj do masy). W rzeczywistych układach wzmacniaczy Ro jest większe od zera, a w konsekwencji pojemność pasożytnicza układu wejściowego ma wpływ na odpowiedź układu i może go, potencjalnie, uczynić niestabilnym. Co więcej, tak jak w przypadku wzmacniaczy napięciowych, wzmocnienie w otwartej pętli sprzężenia spada wraz z wzrostem częstotliwości sygnału a przesunięcie fazy zwiększa się. W najprostszym przybliżeniu wzmocnienie Z(s) opisane może być z pomocą funkcji z jednym biegunem s = p i transimpedancją stałoprądową Zo. Opisuje to poniższe równanie (3). W dalszej części artykułu opisane zostaną bieguny dla wyższych częstości.
Poniższy układ pokazuje gdzie znajduje się dokładnie pojemność pasożytnicza C i transimpedancją Z(s). Warto zauważyć że pojemność wejścia odwracającego CFA wchodzi w skład pojemności pasożytniczej C.
Z prawa Kirchoffa wywodzimy równanie:
a prąd błędu ie wyniesie:
Z równań 4 i 5 wyprowadzamy równanie na wzmocnienie TIA w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. Opisywane ono jest równaniem:
Zatem wzmocnienie wynosi:
Sprzężenie w zamkniętej pętli będzie miało dwa bieguny. Jeden - niskiej częstości - przy s = o, a drugi - wysokiej częstości - przy
. Gdy Ro << RF równoległe połączenie RF i Ro może być przybliżone przez Ro. Dwa bieguny powodują problem z stabilnością układu gdy biegun występujący przy wysokiej częstości znajduje się w regionie gdzie wzmocnienie układu jest większe niż 0 dB. Gdy wartości Ro i C są niewielkie bieguny pasożytnicze występują powyżej częstości granicznej i układ zachowuje stabilność. W przypadku układów TIA generalnie nie jest to problematyczne, jednakże konieczne jest znalezienie sposobu na kompensację pojemności pasożytniczej wejścia odwracającego układu wzmacniacza.
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-07/current_feedback.html
Fotodiody i inne układy fotoelektryczne charakteryzują się pasożytniczą równoległą pojemnością, proporcjonalną do powierzchni czynnej układu. Gdy Ro = 0 pojemność ta jest niewidoczna dla układu, gdyż oba jej wyprowadzenia sprowadzone są do tego samego potencjału (zazwyczaj do masy). W rzeczywistych układach wzmacniaczy Ro jest większe od zera, a w konsekwencji pojemność pasożytnicza układu wejściowego ma wpływ na odpowiedź układu i może go, potencjalnie, uczynić niestabilnym. Co więcej, tak jak w przypadku wzmacniaczy napięciowych, wzmocnienie w otwartej pętli sprzężenia spada wraz z wzrostem częstotliwości sygnału a przesunięcie fazy zwiększa się. W najprostszym przybliżeniu wzmocnienie Z(s) opisane może być z pomocą funkcji z jednym biegunem s = p i transimpedancją stałoprądową Zo. Opisuje to poniższe równanie (3). W dalszej części artykułu opisane zostaną bieguny dla wyższych częstości.
Poniższy układ pokazuje gdzie znajduje się dokładnie pojemność pasożytnicza C i transimpedancją Z(s). Warto zauważyć że pojemność wejścia odwracającego CFA wchodzi w skład pojemności pasożytniczej C.
Z prawa Kirchoffa wywodzimy równanie:
a prąd błędu ie wyniesie:
Z równań 4 i 5 wyprowadzamy równanie na wzmocnienie TIA w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. Opisywane ono jest równaniem:
Zatem wzmocnienie wynosi:
Sprzężenie w zamkniętej pętli będzie miało dwa bieguny. Jeden - niskiej częstości - przy s = o, a drugi - wysokiej częstości - przy
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-07/current_feedback.html
Fajne? Ranking DIY