Программа Сервисный Центр
0

Точный преобразователь тока фотодиода на основе инструментального усилителя


Схемы трансимпедансных усилителей часто используются для преобразования тока фотодиодов в сигнал напряжения. В обычном трансимпедансном усилителе, схема которого приведена на Рисунке 1, коэффициент преобразования тока в напряжение задается величиной сопротивления резистора обратной связи RF. Очевидно, что если пренебречь неидеальностью операционного усилителя, точность преобразования I/V связана с сопротивлением этого резистора RF – как с его абсолютным значением, так и с температурным коэффициентом.

Точный преобразователь тока фотодиода на основе инструментального усилителя
Рисунок 1.Классический трансимпедансный усилитель для
преобразования тока фотодиода. Коэффициент
преобразования тока в напряжение задается
резистором RF.

Можно воспользоваться высокоточными тонкопленочными резисторами – одиночными, или собранными в согласованные матрицы. В обоих случаях типичный допуск сопротивлений имеющихся в продаже прецизионных резисторов составляет ±0.1%, а разброс их отношений лежит в диапазоне 0.02% … 0.05%. Однако легко может оказаться, что цена таких компонентов будет доминировать в расходах на схему и окажется выше, чем у малошумящих прецизионных операционных усилителей (ОУ) с малым напряжением смещения. В этой статье представлен альтернативный подход.

В монолитные инструментальные усилители (ИУ) на трех ОУ обычно интегрированы прецизионные резисторы с лазерной подгонкой, имеющие высокую точность абсолютных и относительных значений сопротивлений элементов обратной связи первого каскада и резисторов, окружающих выходной дифференциальный усилитель. (Для примера, посмотрите характеристики AD620 [1] или INA129 [2]). Полные ошибки величины и нелинейности коэффициента усиления могут составлять всего ±0.01% и ±0.001%, соответственно. Температурный коэффициент также очень мал и имеет порядок десятков ppm/K.

Точный преобразователь тока фотодиода на основе инструментального усилителя
Рисунок 2.В инструментальный усилитель интегрированы прецизионные
согласованные резисторы. Типичные допуски сопротивлений резисторов
обратной связи RF составляют ±0.01%. Такое включение превращает ИА
в трансимпедансный усилитель для преобразования сигнала фотодиода
с передаточным сопротивлением 2 × RF.

Обычно схема интегрального ИУ выглядит так, как изображено на Рисунке 2. Показанная конфигурация связей позволяет реализовать высокоточный преобразователь ток-напряжение с передаточным сопротивлением, зависящим лишь от сопротивлений резисторов RF входных каскадов инструментального усилителя. Действительно, видно, что если не учитывать пренебрежимо малые токи смещения инвертирующих входов усилителей OA1 и OA2, один и тот же ток фотодиода IPH течет только через два резистора обратной связи RF. Поскольку выводы IN+ и IN- подключены к земле, напряжения на входах дифференциального усилителя OA3 будут равны RF × IPH и –RF × IPH. Выходное напряжение VO инструментального усилителя равно:

VO = 2 × RF × IPH                  (1)

где IPH – фототок фотодиода.

Когда ток IPH течет в направлении, указанном стрелкой на Рисунке 2, выходное напряжение VO будет положительным.

Если для работы фотодиода требуется напряжение смещения, компонент может быть подключен между выводами G1 и G2 с полярностью, противоположной по отношению к показанной на Рисунке 2. При этом напряжение смещения VBIAS может быть приложено к входу IN- усилителя OA1, находящемуся практически под тем же потенциалом, который поддерживается усилителем OA1 на катоде детектора. Если это же напряжение приложено к входу REF инструментального усилителя, Уравнение (1) все равно остается справедливым, хотя при этом необходимо учитывать допустимую амплитуду синфазного напряжения на входах инструментального усилителя.

В типичном случае выходное напряжение VO схемы изменяется в диапазоне от нескольких милливольт до нескольких вольт. Коэффициент усиления схемы фиксирован, но для многих приложений это не имеет значения. Если же потребуется обойти это ограничение, после схемы на Рисунке 2 можно дополнительно включить прецизионный усилитель с программируемым усилением, например, PGA204 [3].

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Декабрь 2016 (7)
Ноябрь 2016 (42)
Октябрь 2016 (34)
Сентябрь 2016 (38)
Август 2016 (34)
Июль 2016 (36)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"