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提高放大器稳定性和工作带宽的方法(放大器电路图)

张世龙2021年12月20日 10:38天道酬勤1110

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放大器的输入输出引脚中有电容器时,放大器电路容易变得不稳定。 该电容器可以是电容器,也可以是具有电容性特征的器件。 例如,本文讨论的光电二极管传感器,笔者从事研究开发时也爬过这个洞。 由于光电二极管的内部具有等效电容,因此在分析电路的稳定性时,需要组合放大器的输入阻抗特性和电路参数进行分析,并将本内容配置在010~3010和010~3010之后。

图3.21(a )是典型的光电二极管传感电路,光电二极管的电流信号由跨阻抗放大器转换成电压信号。 光电二极管与电阻、结电容、恒流源并联连接的结构等价。

图3.21光电二极管传感电路

图3.22为滨松光电传感器的规格,S1277-1010BR的内阻典型值为2g,结电容为3nf。

图3.22滨松光电传感器的参数

如图3.21(b )所示,在光电二极管传感等效电路中,通过Rf、Cp、Cdi、Ccm产生一个极,影响电路的稳定性。 极频率为式3-10。

其中,Ctotal是光电二极管的结电容Cp,输入共模电容Ccm,输入差动模电容Cdiff的并联之和。

如图3.24所示,利用ADA4817设计了A级光电流传感的交流分析等效电路。

图3.24 ADA4817跨阻放大仿真电路

如图3.23所示,ADA4817的输入共模电容为1.3pf,输入差模电容为0.1pf,比起结电容的影响可以忽略不计。 将上述电路参数代入式3-10,可以得到以下结果。

图3.23 ADA4817输入特性

使用LTspice的AC分析结果如图3.25所示,在478.95KHz下,环路增益(v(out )/v (in ) ) )的振幅特性增益为0dB,对应的相位特性的相位偏移为164.15,相位余量为15.85

图3.25 ADA4817环路增益端口图AC分析结果

为了保证放大器的稳定工作,需要引入零点,其频率必须小于0.1倍环路增益为0dB时的频率。 例如,如式3-11所示。

整理得到的反馈电容值,得到式3-12。

将参数代入式3-12,计算成Cf为33pf。 如图3.26所示,将反馈电容配置在补偿模拟电路中,再次进行模拟。

图3.26增加补偿的ADA4817电路

AC分析的结果如图3.27所示,4.67MHz下的环路增益(v ) out (/v ) in ) )的振幅特性增益为0dB,在对应的相位特性曲线中相位偏移为90.31,相位余量为89.69,电路为

图3.27追加补偿的ADA4817电路AC分析结果

如上所述,在使用跨阻抗放大器处理光电传感器的情况下,需要分析光电传感器内部的等效电容,分析电路反馈电阻和构成新极对电路的相位裕度的影响,在电路不稳定的情况下,0.1倍环路增益小于0dB的频率范围

此外,ADI还提供了在线光电二极管检测电路设计工具,适合初学者工程师。 在ADI官网的精密信号链设计工具中选择“Photodiode”,则进入图3.28、光电传感器配置窗口。 在“select photodiode formlibrary”一项中,提供了知名制造商的光电二极管型号,库中没有的光电二极管根据使用参数,直接连接电容CD、源极阻抗Rs、最大电流值IP参数图3.29。 工具还推荐适当的跨阻放大器、反馈电阻Rf值、反馈电容Cf值,计算信噪比。 “下一步”(Next Step )窗口允许下载所有设计资料,包括LTspice电路。

图3.28跨阻抗放大器设计工具---光电传感器配置窗口

作者:单纯的唇膏

源:放大器参数分析和LTspice模拟

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