设计目标

设计说明

该电路包含一个配置为跨阻放大器的运算放大器，用于放大光电二极管依赖于光的电流。

设计说明

1. 偏置电压 (V_ref) 用于防止当输入电流为 0A 时输出在负电源轨上达到饱和。
2. 使用具有低偏置电流的 JFET 或 CMOS 输入运算放大器降低直流误差。
3. 根据线性输出摆幅设置输出范围（请参阅 A_ol 规格）。

设计步骤

1. 选择增益电阻器。
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{4.9\mathrm{V}-0.1\mathrm{V}}{2.4\mathrm{\mu A}}=2\mathrm{M\Omega }$
2. 选择满足电路带宽要求的反馈电容器。
   ${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}}$
   ${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 2\mathrm{M\Omega }\times 20\mathrm{kHz}}\le 3.97\mathrm{pF}\approx 3.3\mathrm{pF}\text{ (Standard Value)}$
3. 计算使电路保持稳定所必需的运算放大器增益带宽 (GBW)。
   $\mathrm{GBW}>\frac{{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}+{\mathrm{C}}_1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {{\mathrm{C}}_1}^2}>\frac{13\mathrm{pF}+3.3\mathrm{pF}}{2\times \mathrm{\pi }\times 2\mathrm{M\Omega }\times {(3.3\mathrm{pF})}^2}>119\mathrm{kHz}$
   $\begin{array}{l}\text{where }{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}={\mathrm{C}}_{\mathrm{j}}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{d}}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{cm}}=11\mathrm{pF}+2\mathrm{pF}+1\mathrm{pF}=13\mathrm{pF}\text{ given }\end{array}$
   • C_j：光电二极管的结电容
   • C_d：放大器的差分输入电容
   • C_cm：反相输入的共模输入电容
4. 计算 0.1V 偏置电压的偏置网络。
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}}\times {\mathrm{R}}_3$
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{5\mathrm{V}-0.1\mathrm{V}}{0.1\mathrm{V}}\times {\mathrm{R}}_3$
   ${\mathrm{R}}_2=49\times {\mathrm{R}}_3$
   $$\begin{gathered} \text{Closest 1\% resistor values that yield this relationship are} \\ {\mathrm{R}}_2=13.7\mathrm{k\Omega }\text{ and }\mathrm{}\mathrm{}{\mathrm{R}}_3=280\mathrm{\Omega } \end{gathered}$$
5. 选择 C₂ 为 1µF，以便对 V_ref 电压进行滤波。产生的截止频率为：

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

请参阅电路 SPICE 仿真文件：

• 对于 TINA-TI：SBOMCH8
• 对于 PSpice for TI：SBOMCH0

请参阅 TIPD176。

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器