如何為互阻抗放大器電路選擇組件

　　電路I-V帶寬受組件精度影響。為滿足電路設計要求，帶寬設置為要求的1.5倍：

　　對于高頻率信號 (

) 而言，補償電容器的阻抗遠遠低于反饋電阻器，反饋網絡阻抗由補償電容器決定，因此在高頻率 ( 

) 下，噪聲增益由 C1 和 Ci 決定：

　　為確保放大器穩(wěn)定，1/β與Aol相交的點必須小于或等于20dB/十倍頻程。因此在穩(wěn)定的情況下，Aol和1/β曲線將在

的增益位置相交。根據高精度放大器的增益帶寬積，我們可計算出交叉點頻率為：

　　如果

，電路就很穩(wěn)定，因此我們要求：

　　從圖2我們知道，增大GBW會導致噪聲帶寬增大，最終造成總輸出噪聲增大。在

時，閉環(huán)電路具有45度的相位裕度，因此電路保持穩(wěn)定。在噪聲增益曲線(1/β)和放大器開環(huán)增益曲線將隨組件變動而移動時，為保持電路穩(wěn)定，我們選擇GBW臨界值為1.5倍的放大器：

　　設計步驟可總結如下：

　　(1)確定信號增益(反饋電阻器R1)：

　　(2)計算補償電容器C1:

　　(3)計算放大器GBW：

　　(4)選擇一款能滿足步驟(3)中GBW要求的低偏置電流放大器。

　　(5)使用所選放大器的參數驗證R1和GBW：

　　在該步驟中，

是優(yōu)化值。

　　(6)如果步驟(5)通過驗證，設計就完成了。如果不能通過驗證，請選擇較小值的R1或較大GBW的放大器，反回步驟(1)。

　　在放大器確定后，如何選擇光電二極管、R1和C1：

　　如果我們已經選定運算放大器，我們就知道運算放大器的GBW、Vomax和Ci-OPA。根據運算放大器規(guī)范，我們將知道如何選擇光電二極管、反饋電阻器和電容器。由于放大器已選定，因此Aol已經知道。圖5是光電二極管的終端電容如何影響噪聲增益。

　　圖5：光電二極管終端電容器對電路噪聲增益曲線的影響

　　從圖5可以明顯看出，對于較小光電二極管電容而言，總體噪聲更理想。因此我們需要選擇電容較小的光電二極管。結點電容與擴散面積成正比，與耗盡區(qū)寬度成反比。擴散面積與靈敏度成正比。如果通過縮小耗盡區(qū)來降低結點電容，也會導致光電二極管靈敏度下降。在這種情況下，我們需要增大互阻抗來放大信號。使用極大值的反饋電阻器對電路性能不利，原因有幾個。首先我們可以看到，使用較大反饋電阻器增大了噪聲帶寬，而且電阻器本身也在電路中產生了額外的熱噪聲(見圖3)。其次，如果我們使用極大的電阻器來確保帶寬，我們就必須使用較小的補償電容。圖4是使用較小補償電容會增大噪聲增益的情況。最后，大型電阻器及二極管的暗電流還會在輸出端造成較大的失調，其將限制電路的動態(tài)范圍。

　　此外，該電容還取決于反向偏置電壓。在光電二極管上應用反向電壓以減少結點電容，從而降低噪聲，是一種值得考慮的方法。但仍然需要注意來自反向偏置電壓源的噪聲。我們可使用LPF濾除偏置噪聲。該LPF必須使用小阻值電阻器，以防止調制光電二極管上的電壓。

　　我們現在有了放大器和光電二極管，接下來的步驟基本與上述六個步驟一樣，但沒有步驟(3)和步驟(4)，因為我們已經知道GBW：

　　(1)確定信號增益(反饋電阻器R1)：

　　(2)計算補償電容器C1：

　　(3)驗證：

　　(4) 如果步驟(3)驗證通過，設計即完成。如果驗證失敗，請選擇更小值的R1或更大GBW的放大器，然后返回步驟(1)。