Ermittlung der Schleifenverstärkung (Aβ) des Transimpedanzverstärkers

Ich hatte Probleme, die Schleifenverstärkung (Aβ) des folgenden Transimpedanzverstärkers zu finden:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Um Aβ zu finden, die Bücher, die ich mir angesehen habe (Sedra&Smith sowie Razavi CMOS ICs), wird die folgende Methode verwendet:

  1. Unterbrechen Sie die Rückkopplungsschleife an einem beliebigen Punkt (vorzugsweise an einem Punkt mit unendlicher Impedanz)
  2. Legen Sie an einer Seite eine Prüfspannung an
  3. Auf der anderen Seite die Impedanz aus Sicht der Prüfspannung rekonstruieren
  4. Beseitigen Sie die Eingangsquelle
  5. Die Schleifenverstärkung Aβ ist das Verhältnis Vreturn/Vtest, wobei Vreturn die Spannung auf der anderen Seite des Knickpunkts ist

Ich habe den obigen Haltepunkt für diese Schaltung ausprobiert und wie Sie oben sehen können, gibt er nicht die richtige Antwort. Unter Verwendung dieses Unterbrechungspunkts Aβ würde sich beispielsweise herausstellen, dass es sich um Folgendes handelt:

v R e T u R N / v T e S T = μ

Verwenden Sie jedoch die Methode zum Auffinden separater A- und β-Schaltungen:

v R e T u R N / v T e S T = μ ( R F / ( R F + R Ö ) )

Ich finde es einfach, die Schleifenverstärkung Aβ mit der Methode zum Auffinden separater A- und β-Schaltungen zu finden, würde aber gerne wissen, wie man die hier beschriebene Methode anwendet. Ich habe festgestellt, dass die Methode in anderen Verstärkern wie Spannungs- und Transkonduktanzverstärkern erfolgreich ist, kann aber anscheinend nicht herausfinden, wie ich sie hier anwenden soll.

Antworten (2)

Es gibt zwei wichtige Bedingungen, um einen "korrekten" Haltepunkt zu finden:

  • Der DC-Arbeitspunkt der Schaltung darf nicht beeinflusst werden. Das bedeutet: Für Schaltungen mit ECHTEN Operationsverstärkern muss noch eine DC-stabilisierende Gegenkopplungsschleife vorhanden sein. Während der Simulation und für einen idealen Operationsverstärker kann diese Anforderung vernachlässigt werden.

  • Die Belastung an der Öffnung darf sich nicht ändern (im Vergleich zum Closed-Loop-Betrieb). Daher muss die Öffnung direkt am Ausgang des Operationsverstärkers liegen (Ausgangswiderstand von Null angenommen). Andernfalls muss man alternative Methoden anwenden, die zur Verfügung stehen (Spiegelung der Last, ...). In Ihrem Fall ist diese Bedingung jedoch (wegen des nächsten Punktes) nicht relevant.

  • Im vorliegenden Fall ist - unter der Annahme eines idealen Spannungseingangs- und Spannungsausgangsverstärkers mit Verstärkung A - die Schleifenverstärkung identisch mit der Open-Loop-Verstärkung "-A" des Verstärkers (100% Spannungsrückkopplung), da kein Strom vorhanden ist oder Spannungsabfall durch die Prüfspannung.

Für diese Frage habe ich versucht, die Schleifenverstärkung für einen nicht idealen Operationsverstärker mit einem Ausgangswiderstand zu ermitteln, der mit dem Rückkopplungswiderstand vergleichbar ist (wie 20 k bis 10 k im Diagramm). Ich mache das, was Sie im zweiten Punkt beschreiben (Spiegelung der Last, die von der Testspannung gesehen wird), aber da diese Last unendlich ist, weil es sich um einen CMOS-Operationsverstärker handelt, sehe ich keinen Effekt. Durch andere Analysen habe ich herausgefunden, dass die Schleifenverstärkung das ist, was ich in der zweiten Gleichung beschreibe. Aber ich habe mich gefragt, ob diese "Breaking the Loop" -Methode irgendwie zu dieser Antwort kommen kann?
Wenn die Eingangsimpedanz des Verstärkers sehr groß ist und wir den Eingangsstrom vernachlässigen, spielt r,out keine Rolle. An den Widerständen fällt keine Spannung ab. Die Situation ändert sich für endliche Eingangsimpedanzen.

Hier ist ein Video-Tutorial dazu, das ich für allgemeine Operationsverstärkerkonfigurationen verwendet habe: http://www.linear.com/solutions/4449

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Es funktioniert, weil:

  • Schleifenverstärkung ist A * B
  • B = ZI / (ZI + ZF)
  • FB = (-VN * A) * B
  • FB/VN = -A * B

Der schwierige Teil für einen Transimpedanzverstärker ist, dass ZI möglicherweise überhaupt nicht Teil Ihres Verstärkers zu sein scheint: Es könnte zB die Shunt-Kapazität und der Widerstand einer Fotodiode sein. Es kann Ihrem mentalen Modell helfen, an das thevenin-Äquivalent Ihrer Strom-/Signalquelle zu denken, damit die Dinge dann wie ein normaler Spannungsverstärker aufgebaut sind.

Ermittlung der Schleifenverstärkung (Aβ) des Transimpedanzverstärkers
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