Arbeiten mit aktuellen Feedback-Operationsverstärkern [CFA]

Bevor Sie in das Problem einsteigen:

Meine Anwendung ist eine Laserpulsdetektion. Trifft dabei ein Laserpuls auf eine Fotodiode, erzeugt diese Strom. Spätere Stufen umfassen eine IV-Umwandlung, eine Verstärkung, einen Differenzverstärker und einen Komparator.

Mein aktuelles Problem mit der IV-Konvertierung kann hier eingesehen werden .

Meine Pulscharakteristik:

pulse width min: 10 ns max: 150 ns rise/fall time: 2 ns - 5 ns pulse to pulse width:22 µS

Wie ich den Operationsverstärker für Verstärkungs- und Differenzverstärkerstufen ausgewählt habe

Schlüsselparameter: BW- Bandbreite und SR- Slew Rate

Aus dieser Literatur habe ich herausgefunden, dass mein BW nach folgender Formel berechnet werden kann:

BW= 0,35/( rise time) = 0,35/5 ns =70 MHz

Nun soll die Anstiegsgeschwindigkeit berechnet werden:

SR= 2 * 3,14 * BW* Vp= 2 * 3,14 * 175 MHz * 4 V = 2198 V/µs

Also passend zu diesen beiden Parametern ist ein CFA AD8003 von Analog. Wenn ich mich für hohe Anstiegsraten und hohe BW entscheide, sind fast alle verfügbaren Operationsverstärker CFAs!

Was beunruhigt mich?

Ohne jede Ahnung, als ich CFA für meine Differenzverstärkerstufe verwendete, mit Einheitsverstärkung unter Verwendung eines 500-Ohm-Widerstands für Rf und Rb , schienen die Ergebnisse stabil zu sein, aber es ist diese Aussage aus der technischen Literatur von Texas Instruments , die eindeutig sagt:

Der erste Unterschied zwischen Spannungsrückkopplung und Stromrückkopplung – die Eingangsimpedanz von Operationsverstärkereingängen mit Stromrückkopplung ist sehr unterschiedlich. Da der invertierende Eingang eine niedrige Impedanz hat, eignen sich Stromrückkopplungsverstärker nicht für symmetrische Systeme wie Differenzverstärker

CFA als Differenzverstärker

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Meine Ergebnisse sind also für einen Differenzverstärker gefolgt von einem Komparator so. Der Impuls ist hier 10 ns breit und hat eine Anstiegs- und Abfallzeit von 1 ns und wiederholt sich mit einer Rate von 150 ns.

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Warum ist der Puls ziemlich ausgedehnt? Welche Kondensatorstufe es getan hat, habe ich nicht verstanden.

CFA als Verstärker mit Gain

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Die Ergebnisse für die obige Schaltung sind auch nicht wie gewünscht (ich sehe nur 0 V Ausgang), warum so?

CFAs haben eine niedrige Impedanz am invertierenden Anschluss (wie die Basis eines Transistors), während VFAs an beiden Eingängen hohe Impedanzen haben, die VFA-Bandbreite * Verstärkung ist irgendwie fest, also mehr Verstärkung = weniger Bandbreite, während ein CFA das nicht hat Begrenzung und kann selbst bei hohen Verstärkungen viel Bandbreite bieten

Antworten (3)

An deiner Schaltung ist nichts falsch. Die breite Impulsbreite liegt daran, dass Sie Ihren diff_amp_out einem Komparator zuführen.

Es kann Sie nur dann mit einem Impuls voller Spannung versorgen, wenn der Eingang (in diesem Fall) auch nur geringfügig über null Volt liegt. Mir gefällt, wie Ihr Oszilloskop die winzigen Verzögerungen von Stufe zu Stufe zeigt.

Sie könnten den Auslösepegel des Komparators einstellen, aber der Ausgang beträgt immer +5 V.

Wenn Sie nur diff_amp_out verstärken möchten, fügen Sie einen weiteren AD8003-Operationsverstärker hinzu und stellen Sie Ihre Verstärkung auf Ihre Bedürfnisse ein. Zumindest behältst du deine wahre Signalimpulsbreite . Zugegeben, die Arbeit mit diesen nS-Pulsen ist hart.

CFA-Verstärker sind für Stromrückkopplung ausgelegt, was die Eingangsimpedanz senkt, aber ihre Bandbreite und ihren Hochfrequenzgang im Vergleich zu VFA erheblich erhöht.

Alle Video- und HF-Verstärker sind vom CFA-Typ. Die VFAs eignen sich am besten für Audio- und Präzisions-DC-Messungen.

Meine Frage, warum der Ausgang des Differenzverstärkers ganz anders ist, ich meine eher eine Art Laden und Entladen als einen schmalen Impuls ähnlich dem Eingang
@kakeh. Die Anstiegsgeschwindigkeit an den Ausgängen hängt von der Last und/oder dem Rückkopplungswiderstand ab. Normalerweise werden diese Frequenzen durch Schaltungen mit einer Impedanz von 75 Ohm geleitet (sehen Sie sich einige HF-Sachen online an). Ich würde diese Werte am IC-Ausgang weiter verringern, um die Anstiegs- und Abfallzeiten der Wellenform zu schärfen, bis die Antriebsgrenze des Verstärkers erreicht ist. Evtl. 150 Ohm für Last und 150 Ohm für Feedback.

Sie müssen mit dem Design des Fotodioden- + Eingangs-Transimpedanzverstärkers beginnen. Um diese Geschwindigkeit einfach zu erreichen, sollten Sie sich wahrscheinlich auf eine kleine ( etwa 1 mm 2 ) Fotodiode mit niedriger Kapazität beschränken .

Dann sollten Sie sich mit dem kniffligen Design von Hochgeschwindigkeits-Transimpedanz-Fotodiodenverstärkern befassen (Sie können viel googeln), z.

Es dreht sich alles um die Optimierung der Rausch-/BW-/DC-Grenze. Wenn Ihr Signal stark genug ist und Sie sich nicht um Rauschen kümmern, ist es einfacher. Im einfachsten Fall eines sehr starken Signals können Sie einfach einen Shunt-Widerstand verwenden. Wenn Sie sich nicht um die DC-Komponente kümmern, können Sie einen HF-Impulstransformator (Balun) verwenden, um die Impedanz 1: 4 umzuwandeln, das Signal in 50 Ohm Koax (12,5 Impedanz für die Fotodiode sichtbar) zu erhalten und den Minicircuits ZFL-1000-Verstärker oder zu verwenden ähnlich.

Für bestes Signal/Rauschen bei hoher Geschwindigkeit kann man eine Avalanche-Fotodiode, PMT (je nach Wellenlänge) oder sogar SiPm (Sensl usw.) verwenden.

Was Sie über die Kapazität der Fotodiode gesagt haben, ist absolut richtig, das ist der Hauptschuldige an der gesamten Impulsformung, aber im Moment muss ich mich für die PD mit einer Kapazität von 12 pF entscheiden. Seit einigen Tagen arbeite ich an dem, was Sie geteilt haben, Sie können antworten mein Rauschanalyseproblem: electronic.stackexchange.com/questions/237600/…

Ich habe einige Zweifel an Ihrem Design.

Zunächst scheint der gesamte Verstärker AD8003 keine Bedeutung zu haben: Sie dämpfen zuerst das Eingangssignal 2-mal mit R4 R6, dann verstärken Sie es 2-mal mit U1 R3 R5. Warum nicht die Eingabe direkt an den Hochgeschwindigkeitskomparator senden?

Die Anstiegs-/Abfallzeiten Ihres optischen Signals sind so kurz, dass Sie die Signalqualität durch AD8003 nicht verbessern können, Sie machen sie nur schlechter, wie wir Ihren Bildern entnehmen können.

Zweitens hat R2 parallel zu R4 R6 keine Bedeutung.

Also - die grundlegende Frage ist: Wofür verwenden Sie die AD8003-Stufe?

Es ist eine generische Schaltung, R2-C2 und R8-C4 sind HPF von fc = 5 MHz, R4 - R6 und R3 - R5 sind Differenzverstärker mit Einheitsverstärkung, zu Ihrer Information - über Differenzverstärker-Elektronik-Tutorials.ws / opamp/opamp_5.html , also ist die Stufe von AD8003 ein Differenzverstärker, in Wirklichkeit kann der Eingang unterschiedlich sein, dh von verschiedenen Fotodioden, also geht es in dieser Stufe um die Nutzung von CFA AD8003, Sie können TINA von TI herunterladen und simulieren, um das zu verstehen Circuit, vielen Dank für Ihre wertvolle Antwort
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