跨阻放大器的信號頻率響應(yīng)

在我之前關(guān)于直流跨阻放大器的博客《跨阻放大器基礎(chǔ)知識》中，我們開始了解這個簡單的電路。最后，在接下來的三個博客的結(jié)尾，將提供有關(guān)跨阻放大器 （TIA） 電路穩(wěn)定性的見解。

從核心開始

圖 1 顯示了一個標(biāo)準(zhǔn)的高精度 TIA 電路，使用低皮安輸入偏置電流和 mV 輸入失調(diào)電壓放大器，光電二極管 （PD） 上的電壓為零。

圖 1. 標(biāo)準(zhǔn)高精度

為了精確，圖 1 的放大器具有超低的輸入偏置電流和失調(diào)電壓。為了通過低于最小 I PD來降低電流誤差，MAX9613 的額定輸入偏置電流為 1pA （典型值）。為盡可能保持光電二極管響應(yīng)的線性度，MAX9613 失調(diào)電壓為 150mV （最大值） 超低。

由于周圍的實際電容和寄生電容，此 TIA 可能會不穩(wěn)定。但希望通過您從本博客系列中獲得的新設(shè)計專業(yè)知識，您將能夠設(shè)計出這種令人不快的情況。

在圖 1 中，信號增益等于反饋網(wǎng)絡(luò)和光電二極管寄生電阻的組合。信號增益公式（公式 1）為：

V OUT / I PD ≈ （R F || C F ） 1

在等式 1 中，如果假設(shè) C F是開路，則該跨阻電路的估計直流增益為 R F。

對等式 1 的進(jìn)一步檢查得出極點頻率（等式 2）等于：

? P = 1 / （2 p R F x C F ） 等式。2

信號頻率響應(yīng)在 R F和 f P處表現(xiàn)出更高頻率的直流響應(yīng)（圖 2）。

圖 2. TIA 信號頻率響應(yīng)。

在圖 2 中，信號在放大器的反相側(cè)獲得。TIA 的直流增益等于 V OUT /I PD。方便的是，該增益等于反饋電阻 R F。隨著頻率的增加，增益保持穩(wěn)定，直到達(dá)到拐角頻率，其中 R F和 C F形成一個低通濾波器。

這就是 TIA 信號響應(yīng)的故事，但我們還沒有談到交流域中的穩(wěn)定性或電路振鈴。圖 1 有兩個基本領(lǐng)域，我們將使用它們來進(jìn)一步闡明 AC 穩(wěn)定性響應(yīng)：

1） 運(yùn)算放大器電路，其中將包括所有運(yùn)算放大器寄生效應(yīng)。

2） 光電二極管，具有所有光電二極管寄生效應(yīng)。

這兩個區(qū)域中的元件和寄生電容和電阻將構(gòu)成階躍響應(yīng)特性。在我們即將進(jìn)行的評估中，我們將了解放大器和光電二極管的寄生電容如何對電路的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。

審核編輯：郭婷