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。

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   的     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：

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。

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：

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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