Fotodiodni ojačevalniki - F9 - IJS

Fotodiodni ojačevalnikE.MarganKo bi ojačevalnik uporabljali brez povratne zanke, bi bilo za stabilnostojačevalnika vseeno kje ležijo posamezni poli, njihova lega bi bila pomembna le zagladek potek frekvenčnega odziva, oziroma za časovni odziv berz odvečnihprenihajev. Vendar so koristi od sklenjene povratne zanke tako pomembne (zalinearnost ojačenja, za stabilnost enosmerne komponente izhodne napetosti, za šum,ter za druge napake ojačevalnika, ki so posledica bodisi proizvodnih toleranc, bodisidinamičnih lastnosti polprevodnikov), da se v praksi povratni zanki ne želimo odreči.Ob sklenjeni povratni zanki je pomembno, da bo celotni fazni zasuk v zanki največ315° (gre za znani Nyquistov kriterij stabilnosti). Fazni zasuk 360° predstavlja‘pozitiven’ (sofazni) signal v povratni zanki. Takrat že lastni šum ojačevalnikazadošča da izhodni signal divergira v nestabilnost, ponavadi v oblikivisokofrekvenčnih oscilacij.V mislih je treba imeti dejstvo, da je povratna zanka ‘negativna’ (zato kerželimo napake ojačevalnika v izhodnem signalu ‘odšteti’) in zato že sama predstavljafazni zasuk 180°, poleg tega pa vsak pol v E= abdoda še svojih 45° na sami frekvencipola, ter 90° na visokih frekvencah. Sledi da si na frekvencah, pri katerih je zančnoojačenje večje od 1, lahko privoščimo kvečjemu en sam pol, vsi morebitni drugi polipa se morajo nahajati na frekvencah kjer je lE=l" ab .Tako z ustrezno izbiro lege dominantnega pola zagotovimo stabilnost obsklenjeni povratni zanki, vendar njegova razmeroma nizka frekvenca ojačevalnikizredno upočasni. Zaradi potrebe po večji hitrosti pri večjih ojačenjih proizvajalcivčasih naredijo tudi ‘dekompenzirane’ ojačevalnike, ki imajo dominantni polpostavljen na nekoliko višjo frekvenco (manjša vrednost G cb ). Posledično se ojačenjena visokih frekvencah poveča, zato vsaj en nedominantni pol leži v območju, kjer jeojačenje večje od 1. Taki ojačevalniki so potem specificirani za minimalno ojačenje5× ali 10× da še ohranijo zančno stabilnost. Fotodiodni ojačevalniki, ki s topologijopovratne zanke zagotavljajo potrebno tokovno–napetostno pretvorbo, vedno imajozančno napetostno ojačenje enako 1, zato v te namene dekompenzirani ojačevalnikiniso primerni.Kot je razvidno iz dosedanje obravnave, predstavlja taka notranja zasnovaoperacijskega ojačevalnika dokaj resno omejitev za doseganje višjih frekvenc. Zato sookoli leta 1985 nastali drugačni ojačevalniki, s tokovno povratno zanko (‘currentfeedback’, CFB). Te ojačevalnike bomo obravnavali nekoliko kasneje.6.5. Ojačevalnik s povratno zanko in idealno fotodiodoVrnimo se fotodiodnemu ojačevalniku na Sl.6.1a. Na začetku analize bomoupoštevali fotodiodo kot idealni tokovni vir in zanemarili vse njene ‘parazitne’komponente iz Sl.4.1, ter prav tako vpliv zaporne napetosti Z r . Vplive le-teh bomopostopno vključili v obravnavo po osnovni analizi.Ker je ojačenje odprte zanke E ! razmeroma veliko (za zelo nizke frekvence,&do 100 Hz, znaša običajno okoli 10 ), bo ojačevalnik preko povratne zanke (upor V F )skušal vzpostaviti ravnovesje in zmanjšati razliko vhodnih napetosti na zelo majhnovrednost, vsaj dokler je izhodna napetost @ o v linearnem območju, oziroma je manjšaod napajalne napetosti ojačevalnika. To je lepo razvidno če enačbo (6.1) obrnemo:a@ @ b œ @ o" #(6.34)E= ab-44-