Moin!
Stehe gerade vor dem Problem, daß ich einen hochverstärkenden, schnellen Transimpedanzverstärker für eine Fotodiode brauche:
- Die Fotodiode hat im vorgespannten Zustand ca. 15pF (geht nicht anders, brauche die Fläche).
- Der Verstärker braucht 100kOhm für 100µA -> 10V (=fullscale).
- Ich möchte DC bis deutlich mehr als 10MHz rausbekommen.
- Ich möchte deutlich weniger als 1/1000 fullscale als DC-Offset, also 100nA am Eingang bzw. 10mV am Ausgang.
- Ich brauche keinen super platten Frequenzgang und auch keine hohe Linearität.
Okay, beginnen wir mit der Grundschaltung:
100k ___ .---|___|--. | | -Uv PD | |\ | o--->|---o---|-\ | | >---o--->.---|+/ | |/ | | === GND
Das schöne daran ist, daß die Eingangs-Offsetspannung nur 1:1 auf den Ausgang übertragen wird. Damit genügt ein hochohmiger, schneller Opamp mit passabler Offsetspannung, und die gibt es freundlicherweise (zumindest als Samples).
AD8067 FastFET? GBP:540MHz V_os:1mV I_bias:25pA I_offs:1pA (jeweils Maximalwerte soweit gegeben)
Die Picoamperes sind viel kleiner als 100µA/1000 und die 1mV, die 1:1 auf den Ausgang übertragen werden, sind viel kleiner die 10V/1000. Schön. Leider sagt Hobbs in
sqrt( GBP/2 * 1 / (2 pi C_PD R) = 5,3 MHz
landen wird. Da fehlt also noch ein bissl. Nun gut, dann verringern wir doch einfach den Widerstand auf 10k, und schon sind wir bei 16MHz. Den Faktor 10, den wir in der Verstärkung verlieren, müssen wir natürlich wieder aufholen:
10k 10k ___ ___ .---|___|--. .---|___|--. | | | | | | | |\ | -Uv PD | |\ | o---|-\ | o--->|---o---|-\ | | | >---o--->| >---o----)---|+/ .---|+/ | |/ | |/ .-. | | | | | |1k | '-' | | === === GND GND
Was mich daran stört: Ich verstärke nun auch den DC-Offset des ersten Verstärkers um den Faktor 10, damit wären wir dann schon bei 10mV, also so hoch wie ich maximal verkraften könnte, ohne Reserve. Nun dachte ich mir, wie wärs denn damit, anstatt beide Verstärker für sich zu komensieren, einfach über alles zurückzukoppeln:
___ .---|___|--------------. | 10k | | 100k ___ | | .---|___|--o | | | | | |\ | -Uv PD | |\ o---|-\ | o--->|---o---|-\ | | >---o--->
| >----)---|+/ .---|+/ | |/ | |/ .-. | | | | | |1k | '-' | | === === GND GND
Ich hab in Williams' "High Speed Amplifier Techniques" gesucht, ich hab Mancinis "Op Amps for everyone" durchgeblättert, aber ich hab nichts derartiges gefunden, außer mit ein paar Kondensatoren als Oszillatorschaltung. Daher die Frage:
Könnte das funktionieren, oder würde ich damit bloß einen Oszillator bauen? Wäre es sinnvoll, die Verstärkung der zweiten Stufe noch zu erhöhen? Oder sollte ich evtl eine Mischung aus der letzten und der vorletzten Schaltung mit unterschiedlichen Rückkopplungen für DC und HF vorsehen? Also in etwa soetwas:
GND === | --- 100k --- 10C 1k ___ | ___ .---|___|----o--------|___|--. | | | 10k C 10k | | ___ || ___ | o---|___|--. .-||--|___|--o | | | || | | | | |\ | -Uv PD | |\ | o-----|-\ | o-->|---o---|-\ | | | >---o--->
| >---o----)-----|+/ .---|+/ | |/ | |/ .-. | | | | | |1k | '-' | | === === GND GND
Damit hätten die einzelnen Stufen einen definierten HF-Gain wie in der zweiten Schaltung und die zweite Stufe einen "unendlichen" DC-Gain wie in der dritten Schaltung, der widerum "über alles" rückgekoppelt wird und damit den offset klein hält. Dafür muss ich hier wohl über die Phasenverschiebungen noch die eine oder andere Nacht schlafen. Übergabefrequenz kann ja im unteren kHz-Bereich liegen und wie gesagt machen mir kleine Schlenker im Frequenzband nicht viel aus.
Bin für jede Idee dankbar!
Gruß, Michael.
Alle Schaltpläne: (created by AACircuit v1.28 beta 10/06/04