In einem Artikel im LT Journal of Analog Innovation prahlt Linear Technology mit ihrem Hochspannungs-Operationsverstärker LTC6090 , der mit ± 70 Volt betrieben werden kann. Sie präsentieren eine beispielhafte Schaltung, einen Fotodiodenverstärker:
Das ist vielleicht beeindruckend; Ich weiß nicht viel über Fotodiodenverstärker.
Was mir seltsam vorkommt, ist, dass die Rückkopplungsschleife zwar mit Spannungen bis zu 120 Volt arbeitet und dabei den vergrößerten Spannungsbereich ausnutzt, dann aber einen Spannungsteiler von 1:10 am Ausgang anbringt, was die Vorteile scheinbar zunichte macht.
Warum nicht den 10-MΩ-Widerstand durch 1 MΩ ersetzen und den Ausgangsteiler entfernen? Dann können Sie einen vollständig durchschnittlichen Operationsverstärker verwenden, da der Ausgang nur zwischen 0 und 12 Volt schwingen muss.
In meinen Simulationen hat mir das Verringern der Rückkopplungsspannung eine Reihe von Vorteilen gebracht:
- Höhere Bandbreite (mit demselben LTC6090)
- Der Kondensator mit 0,3 pF kann erhöht werden, wodurch die Layoutanforderungen gelockert werden
- Niedrigere Ausgangsimpedanz
- Eine größere Auswahl an Operationsverstärkern ist jetzt verfügbar
- ...und so weiter
Ich habe im Artikel und im Datenblatt nach Gründen dafür gesucht, konnte aber keine finden. Vielleicht ist es für Leute, die Erfahrung mit Fotodiodenverstärkern haben, offensichtlich, aber da die "Rückkopplungswirkung" sicherstellt, dass die Fotodiode die gleiche Potentialdifferenz sieht, sollte sie ihr Verhalten nicht beeinflussen - es werden 3 Volt über sie gelegt und der gleiche Strom fließt .
Warum wird diese Schaltung durch eine hohe Rückkopplungsspannung verbessert?
Antworten:
Es geht um das thermische Rauschen des 10-Mohm-Widerstands. Ein 10-Mohm-Widerstand bei 20 ° C erzeugt eine Rauschspannung von 90 uV RMS über eine Bandbreite von 50 kHz.
Vergleichen Sie dies mit einem 1-Mohm-Widerstand - er erzeugt ein Rauschen von 28 uV über dieselbe Bandbreite bei derselben Temperatur. Das ist keine Reduzierung der Rauschspannung um 10: 1, und darum geht es hier.
Wenn Sie also den 10-Mohm-Widerstand verwenden (um die zehnfache Signalverstärkung zu erzielen) und anschließend 10: 1 mit Widerständen mit "niedrigem" Wert abschwächen, erzielen Sie eine signifikante Nettoverbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (10- -- -√ ). Es gibt andere Faktoren, die dies nicht so gut machen, wie es sich anhört (wie die Rauschverstärkung der Schaltung aufgrund der Eigenkapazität der Fotodiode), aber im Allgemeinen wird das SNR zwischen 5 dB und 10 dB verbessert.
Hier ist eine Theorie über die Rauschleistung, die von Widerständen über eine bestimmte Bandbreite erzeugt wird. Wenn Sie reelle Zahlen sehen müssen, verwenden Sie diese Website als Taschenrechner: -
Die Rauschleistung steigt mit dem Widerstand, aber die Rauschspannung steigt nur mit der Quadratwurzel des Widerstands. Die Signalspannung steigt mit dem Widerstand.
Wenn der Zielsignalausgangspegel (sagen wir) 10 Vp-p beträgt und Sie den gezeigten Rauschreduzierungsansatz anwenden, müssen Sie ein Signal erzeugen, das 100 Vp-p ist, um auf 10 Vp-p dämpfen zu können.
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