利用跨阻放大器确定光敏应用的稳定性和噪声增益频率响应

许多种精密应用均具有感应光线的功能,并可将光感信息转换成有用的数字信号。设计人员必须要借助Bode图精心地对应用前端的     电路   不稳定性进行校正。

 利用跨阻放大器确定光敏应用的稳定性和噪声增益频率响应_设计制作_可编程逻辑

图1,此双     晶体管   电路是一个用于点亮     LED   的高增益     放大器  

在系统前端,前置放大器将光电     二极管       电流   输出信号转换为可用电压电平。图1显示的是该系统的前端电路,其由一个光电二极管、一个     运算放大器   以及一个反馈网络组成。该系统的传输函数为:

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其中,AOL(jw) 为频率的放大器开环路增益;b为系统反馈系数,即1/(1+ZIN/ZF);ZIN为分布式输入     阻抗   ,即 RPD||jw(CPD+CCM+CD     IF   F);ZF为分布式反馈阻抗,即     RF   ||j(CRF+CF)。

Bode 图是确定稳定性的一个有用工具。针对本设计的Bode图包括放大器的开环路增益和1/b曲线。确定噪声增益频率响应的一些系统因素为:光电二极管寄生效应、运算放大器的输入     电容   ,以及放大器反馈环路中的RF、CRF和CF。

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图2,开环增益频率响应和反馈增益频率响应的闭合速度是20dB/decade。

图2显示了1/b曲线的频率响应和放大器的开环路增益响应:fP=1/(2w(RPD||RF) (CPD+CCM+CDIFF+CF+CRF)) 以及fZ+1/(2w(RF)(CF+CRF))。AOL(jw) 曲线与1/b曲线在兴趣点 (in     te   res     ti   ng point) 相交。两条曲线的闭合速度表明了系统相位裕度,从而可对稳定性进行预测。例如,两条曲线的闭合速度为20dB/decade。这里,放大器带来大约 -90°的相移,反馈系数带来大约0°相移。通过增加 AOL(jw) 相移的1/b相移,系统的相移可为-90°,其相位裕度为90°,从而带来稳定的系统。如果这两条曲线的闭合速度为40dB/decade,则表明相移为 -180°,相位裕度为0°,该电路会随阶跃函数输入发生振荡或振铃。

校正电路不稳定性的一种方法是添加反馈     电容器   CF,或者使放大器拥有不同的频率响应或不同的输入电容。允许放大器带宽、输入电容和反馈     电阻器   值变化的一种比较保守的计算方法是让系统的1/b极点位于半频以下,而两条曲线恰恰会在该频率处相交:

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其中,fGBW为放大器的增益带宽乘积。在本设计中,系统相位裕度为65°,阶跃函数的过冲为5%。

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