参考设计-光电二极管

在某些JFET输入的运放比如AD743,输入电容是18-20pf.相比之下LSK489对管FET,输入电容是3pf,这会非常适合低噪声光电二极管应用.本章节中我们会看到为什么在光电二极管前置放大中的低输入电容变得重要.简单的光电二极管电路如下图,用了一个运放.

在下面的放大器电路中,光照射到二极管PD1上面,电流产生. PD1的电极连接到U1的-的输入端,Vout产生一个正电压和光的量成比例.来自光电二极管的等效电容Cpd和-,Cin(-),平行连接的.为了减少Cpd,光电二极管电容, PD1的正极是连接到-12V电源永不最大反偏置俩降低结电容.比如, 假如BPV10光电二极管用了, Cpd是2.7pf在12V反偏置.更低的反偏置电压比如1V，Cpd就是7pf.


对于低噪声的考虑,这两个电容Cpd和Cin(-)应该越低越好,因为运放的等效输入噪声密度电压Vnoise降会在下面的Vout被放大,忽略了来自光电二极管的任何的噪声电流.1Hz带宽的噪声是=(Vnoise_input),当w=2f的时候,RF=反馈电阻,K=1.38*10-23
焦耳每开尔文温度,T=298开尔文温度.

Ct=Cpd||Cin(-)=在输入脚Input(-)总的电容,樊哙电阻的热噪声电压,我们可以看到上面的公式,如果Ct增加的话,输入噪声会增加1hz带宽.

设计一个低噪声的跨阻放大器的目标是:
1, 最小的等效输入噪声电压,公式1显示出了输入噪声电压是依赖于等效输入噪声电压

2,最小化来自Input(-)的噪声电流,因为输入端的噪声电流将形成一个噪声电压在反馈电阻.通常,一个JFET是很理想的,因为它的低门噪声电流

3，最小化输入端到地的电流,公式1指出当电容Ct和(-)增加的话,会产生更多的噪声到地

4, 使用最尽可能大的RF值.在开始,增加RF的阻抗将增加输出噪声,因为电阻的热噪声.这些是正确的,但是来自光电二极管的信号放大增加更多,其结果就是信噪比的净增加,当RF值增加的时候.比如,双倍RF值的增加,电阻噪声=1.4倍,同时增加光电信号输出电压2倍.继而,有3dB或者的2的净增益,在SNR层面的话。典型的输入电容Cin(-)在input(-)的JFET型运放是18pf.为了降低运放的电容,一个低电容和低噪声的JFET就用来作为一个缓冲器或者跟随器给input(-)如下图:

低噪声JFET比如LSK189配置成了一个跟随器,带一个偏置电阻R3,关于J1的输入电容,从门到漏极是3pf,比前面的18pf低多了.门到地的电容,由于门到源的电容接近于0.这是因为此配置提供了同样的电压在门和源极.极大地衰减了门和源之间的电容.这个跟随器也极大地降低了门到地的电容.甚至是当源是驱动信号到一个电容负载的时候.应该注意的是此电路会增加相位的切换给整体的放大器电路.为了确保相位余量和无振荡,一个阻抗除法器R1和R2就采用了.等效反馈电阻是2mOhm.前图1的RF的同样的电阻值.假如运放的输入(+)是接地,偏置是0V,Vout就会有直流偏置,为了在光电二极管无信号输出的时候”归零化”,一个干净的DC电压,Voffset需要施加到U1的+上面,AD797的等效输入噪声电压是0.9nV而LSK189是1.8nV,但是AD797的输入噪声电流太大,不适合于有很大的反馈电阻在Mohm级的电阻如图1所示

假如从门到地的少许电容增加是可以接受的话, J1可以用LSK170来代替.LSK170是LSK189一半的等效输入噪声。

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