电子设计Com文章思想设计电子表格指南寻求稳定的可变增益光电二极管放大器

电子表格指南探讨可变增益光电二极管放大器中的稳定性

2010年9月23日
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通过提供一种快速可靠的方法来确定电路性能,并根据需要灵活地显示结果,电子表格分析有时可以填补电路仿真程序中的空白。在这种情况下,电子表格提供了一种快速的方法,以确保可变增益的光电二极管放大器在整个调整范围内都能正常工作。

需要一个可变增益的光电二极管放大器,可以用一个电位器(RF)在反馈回路中偶尔会出现,例如在需要补偿其光功率单位对单位变化的产品设计中。电位器可以是机械的或数字的串行总线控制下,如串行外围接口(SPI)或I2C.在任何一种情况下,然而,设计者需要考虑噪声和放大器的稳定性范围RF.电子表格可以通过计算整个R范围内的相位裕度来帮助确定最佳的折中补偿F

光电二极管放大器是频率为零的二阶系统:

\ \[情商。1 \\]

由增益反馈电阻器r设置F和放大器的所有输入电容Ci之和,包括光电二极管结电容和相关的寄生系数。频率极点:

\ \[情商。2 \ \]

是由于RF补偿电容器CF所需放大器稳定性(图1)

在大多数应用中,RF和cF固定的值选择提供45°相位裕度,这将确保稳定性,同时保持所需的带宽。然而,对于一个可变增益放大器,CF必须选择,以保持放大器的稳定性在整个RF.通过将相应的方程式输入到使用R的值的电子表格中F,设计人员可以快速确定CF提供所需的结果。

利用已知的输入电容Ci、放大器的单位增益交叉频率fu和候选CF,你可以计算如下:

极点频率f1和f2

阻尼因子zeta =\ \[情商。3 \\]

以弧度表示的相位余量=\ \[情商。4 \ \]

阶段边缘=\ \[情商。5 \ \]

%过度=\ \[情商。6 \\]

相位裕度和超调量是相关的,所以最后的公式为设计师提供了验证电子表格结果的方法。简单地生成一个阶跃函数的光源驱动光电二极管和放大器,并观察输出电压的超调。提取zeta的值,然后计算相位裕度。

以图形形式显示的结果来自于一个示例放大器,在fu为16 MHz,估计Ci为560 pF,包括二极管电容、连接光电二极管的电缆和放大器的所有预期电容的总和输入电容(图2)

为了获得所需的增益跨度,设计需要rF从4500 Ω到27000 Ω不等。输入这些值并运行电子表格(图3)如上图所示,以度和百分比计算的阶段边际收益。当RF处于最小值4500Ω,相距45°,如预期的那样,曝光率为45°,过冲为24%。

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