Ar tikrai transimpedanso stiprintuvas grynas gėris? Praėjusią paskaitą susipažinome su srovė į įtampą keitikliu transimpedanso stiprintuvu.

Transkriptas

1 Ar tkra transmpedanso stprntuvas grynas gėrs? Praėjusą paskatą suspažnome su srovė į įtampą ketklu transmpedanso stprntuvu. Buvo parodyta, kad js tur savybų pranašesnų už varžos apkrovą. Tap pat šsašknome, kad būtnas specfns komponentų parnkmas užtkrnants stprntuvo stablumą, yra r ktos problemos. Ar nėra paprastesnės alternatyvos? Ar tkra šs sprendmas toks geras? Uout=- U=0 -Ufd Cpar=Cn+Cj 1 Standartnė schema: varžos apkrova r stprntuvas Akvazd alternatyva būtų mažos varžos apkrova r ddelo stprnmo koefcento stprntuvas. Tokos schemos vs parametra lengva suskačuojam, nes nėra sudėtngų grįžtamųjų ryšų, o pat schema lengva projektuojama. Įrengnys sudarytas š dvejų atskrų dalų fotosrovės į įtampą ketklo r stprntuvo sgnalo ampltude paddnt. Un= Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) R~100 Cpar=Cn+Cj 2 1

2 Standartnė schema: varžos apkrova r stprntuvas Šoje schemoje sprendžamos kelos problemos. Vsų prma įtampos ktmas ant fotododo yra mažesns nes gal būt K=(+)/ katrų mažesnė nornt gaut toką pat šėjmo sgnalo ampltudę. Mažėjant dažnų juosta sąlygna platėja. Ta pača šėjmo sgnalo ampltude dažnų juosta platėja K kartų lygnant su tk varžos apkrova. Mažėjant Un mažėjant galma mažnt fotododo matnmo įtampą r kartu mažės nuotėko srovų įtaka. Un= Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) R~100 Cpar=Cn+Cj 3 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Turėtumėte įtart, kad kažkur šos schemos nėra ekvvalenčos. Jas lygndam r nustatysme kada venas ar ktas sprendmas yra pranašesns (ar tkra transmpedanso stprntuvas grynas gėrs). transmpedance verus + gan block Uout=- Un= Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) U=0 -Ufd Cpar=Cn+Cj Cpar=Cn+Cj (Cr) 4 2

3 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Schemos sudėtngumas: Komponentų keks š esmės yra tas pats. Matnmo įtampų keks tap pat. Rezultatas 0:0 Uout=- Un= Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) U=0 -Ufd Cpar=Cn+Cj Cpar=Cn+Cj (Cr) 5 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Sgnalo ampltudė: Galma rast ekvvalenčas apkrovos varžas R ag = (+)/ r R at =. Esmno skrtumo nėra galma parnkt toką kad sgnalo ampltudė būtų rekamo dydžo (0:0). Tarkme komponenta yra realūs. Stprntuvas tur įėjmo poslnko įtampą U offset (skrtumą tarp n+ r n-). Tada U outt =+U offset r U outg =(+U offset ) (+)/ = g+ku offset 1:0 Poslnko įtampa yra rmta problema ka K yra ddels ( ), o sgnalo spektras yra su nuolatne dedamąja (DC). Uout=- Un= Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) U=0 -Ufd Cpar=Cn+Cj Cpar=Cn+Cj (Cr) 6 3

4 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Žemo dažno trukšmas: Įvertnkme koks yra įtampos trukšmo tanks abem atvejas ka stprntuvo įėjmo ekvvalentns įtampos trukšmas u n (V / Hz). Tr: u=sqrt(2er a2 +4kTR a +u n2 ) sgnalo srovės trukšmas + įtampos trukšmas + stprntuvo savass trukšmas. Gan: u K sqrt(2er a2 +4kTR a +u n2 ) tas pats įėjmo trukšmas pastprntas K kartų (grįžtamo ryšo varžų, įtaką gnoruojame). Įkelkme K į pošaknį u=sqrt(2er ag2 +4kTKR ag +(Ku n ) 2 ) ekvvalentnė apkrovos varža toka pat R ag =KR a =R at. Stprntuvo savojo trukšmo įtaka šauga K kartų (2:0), be varžos šlumno trukšmo K (3:0). 3:0 Savass stprntuvo trukšmas Gan schemoje yra stprnamas K kartų vsoje dažnų juostoje. Ypač bloga ka K yra ddels ( ). Ddėja r šlumno trukšmo įtaka. Un= Uout=- Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) U=0 -Ufd Cpar=Cn+Cj Cpar=Cn+Cj (Cr) 7 Fotododo talpa Grįžkme pre fotododo ekvvalentnės schemos analzės r nagrnėkme koką įtaką sgnalo dnamka tur fotododo savoj talpa Cj. Vsų prma, nornt, kad įtampa ant varžos (r dodo) pakstų tur būt perkrauta Cj talpa. Akvazdu, kad Q Cj U. Varžos apkrovos atveju įtampa ant fotododo nuolat knta r tam, kad paskestų įtampa reka dalį srovės nukrept į Cj kondensatorų jį pakraut ar škraut. O je įtampa neknta? Transmpedanso stprntuvas užtkrna nekntančą įtampa ant fotododo r taške A U(A)=const, tada Q= Cj U=0! Gauname, kad sgnalo dažnų juosta transmpedanso stprntuve neprklauso tesoga nuo R a C j sandaugos, bet prklauso nuo srovės generavmo spartos r potencala gal būt platesnė! (4:0?) Cj Rs Rp Šaltno srovė Cj Šaltno srovė Cj Uout Q~ U() Cj Cj A (U(A)=const) Uout Q=(-U(A))Cj=0 8 4

5 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Dažnų juosta: Tr: f max sqrt(gbp/(2π R a C par )) C par =C j +C n Transmpedanso stprntuvu dažnų juosta prklauso nuo stprntuvo dažnų juostos. Galma užrašyt savąjį apkrovos dažnį f s = 1/(2πR a C par )), tada sgnalo juosta yra f max =sqrt(f GBP f s ). Je GBP=f s ta f max =f s. Je GBP> f s ta f max >f s! Gan: f max 1/(2π R a C par ))=f s, tap pat tur būt f max <GBP/K Ištes yra du neprklausom nuoseklūs RC fltra. Venas įėjmo grandnės, o ktas pates stprntuvo stprnmo juostos f gan =GBP/K. Uout=- Un= Uout= (+)/ f=1/(2 p Cpar) U=0 -Ufd Cpar=Cn+Cj Cpar=Cn+Cj (Cr) 9 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Dažnų juostų santyka: Įvertnkme apytksla max praladumo juostų santykį ka GBP yra toks pats. Tada šėjmo sgnalas Utr=Ug, R at =R ag, R ag =KR a GBP=f tr 2 2πR at C par ; R ag = R a K=R a GBP/f g tada GBP=f g R ag /R a r sulygnam: GBP=GBP; f tr 2 2πR at C par = f g R ag /R a ; f tr2 = f g R ag /(R a 2πR at C par )= f g /(2πR a C par )= f g 2 Maždaug lygosos. Abem atvejas ta pača sgnalo ampltude U out (ekvvalentne ) dažnų juostą apsprendža operacno (dferencno) stprntuvo GBP. Leka 3:0? 10 5

6 Dvejų schemotechnnų sprendmų palygnmas Dažnų juostų santyka: Transmpedanso stprntuvu ka GBP>>1/(2πR a C par ) už rekamą ddžausą dažnį galma įgyvendnt f tr =sqrt(gbp/(2π R a C par )). Fksuotoms C par r R a vertėms dažnų juosta yra GBP funkcja. Įgyvendnama stuacja aptarta preš 3 skadres dažnų juosta neprklauso nuo C j R a sandaugos. Stprnmo kaskadu galma pasekt tą pačą juostą mažnant (štes ta yra ekvvalentu U r tuo paču Q mažnmu fotosrovės sugeneruoto krūvo nukrepmu į talpą) r ddnant stprnmą K. Tačau pre trukšmo u=sqrt(2er ag2 +4kTKR ag +(Ku n ) 2 ) prsdeda dar vena problema: negalma mažnt perdaug nes nuosekl fotododo varža Rs kartu su sudarys dalklį r tap nuslopns sgnalą. Sunka, bet 4:0. Rp Cj Cj A (U(A)=const) Uout Q=(-U(A))Cj=0 Rs Šaltno srovė 11 Transmpedanso stprntuvo trukšmas aukštuose dažnuose Parodėme, kad schemoje kur C netur įtakos transmpedanso stprntuvo trukšmas yra mažas. Tačau kap būtų je C negnoruotume? Galma peret pre ekstremalaus atvejo toko ka gnoruojame, t.y. 1/2πC <<. Tada turme bagtnį stprnmo koefcentą apspręstą talpų K=C par /C a santyko. Akvazdu, kad stprntuvo trukšmas u n bus stprnamas K kartų. Un=0 Uout=- Un=0 Gan=Cpar/ Low frequency Hgh frequency Cpar=Cn+Cj Cpar=Cn+Cj 12 6

7 Gamntojų patarma 13 Gamntojų patarma 14 7

8 Transmpedanso stprntuvo trukšmas aukštuose dažnuose Palygnkme trukšmo stprnmą aukštuose dažnuose: f tr =sqrt(gbp/(2π R a C par ))=1/ (2π R a C a ) GBP/ (2π R a C par )= 1/ (2π R a C a ) 2 GBP/ C par = 1/ (2π R a C a2 )=f tr /C a C par /C a = GBP/f tr =K g gan stprntuvo stprnmo koef. Išvada: aukštuose dažnuose trukšmo stprnmo koefcentas abejų tpų stprntuvuose yra panašus. Gan Gan lmted by GBP 15 Dar kartą š ankstesnės paskatos: Gyvas pavyzdys kap dažnų juostos valdymas įtakoja trukšmą: Gan 16 8

9 Apbendrnmas Galma apbendrnt, kad nors ab schemos yra funkconala panašos jos nėra tapatngos. Ddžausas transmpedanso stprntuvo pranašumas yra mažas trukšmas ypač žemų dažnų srtyje. Skrtuma, vertnant trukšmus, mažėja je gan schemoje mažnamas stprntuvo stprnmo koefcentas K r ddnama, bet toku atveju vėl artėjama pre varžos apkrovos varanto su vsoms problemoms susjusoms su nuotėko srovėms r talpos dnamnu ktmu. Abem atvejas pasekama toka pat dažnų juosta. Srovės į įtampą ketmo koefcentas gal būt toks pat. Transmpedanso stprntuvo ddels prvalumas yra fksuotas fotododo prešįtamps nekntants nuo fotosrovės dydžo. Išvada: transmpedanso (srovės į įtampą ketklo) fotododo apkrova yra gerausas schemotechnns sprendmas. 17 Pramonns pavyzdys ggabtnam optnam ryšu 18 9

10 Pramonns pavyzdys ggabtnam optnam ryšu 19 Pramonns pavyzdys ggabtnam optnam ryšu 20 10

11 Pramonns pavyzdys ggabtnam optnam ryšu Voltage gan Trukšmo ampltudė ddėja mažėjant transmpedanso stprntuvo varža. 21 Pramonns pavyzdys ggabtnam optnam ryšu 22 11

12 Pramonns pavyzdys ggabtnam optnam ryšu 23 Ktą paskatą Grūtna pusladnnka stprntuva Fotonų detektora 24 12