微弱光信号的光电探测放大电路的设计（3） 光电, 带宽, 影响

yuyang911220

在直流段和较低频率时噪声电压的放大倍数为1+Rf／RD，由于Rf<<1，因此开始此阶段近似等于1，随着频率的增加(转折频率为fzf=1／[2πRf(ci+cs)]，噪声增益曲线首先由于CD的作用开始升高，直至由于电容Cs的作用而停止；在高频段，噪声增益被限定在1+Ci／Cs(Ci=CD+ Cia)，由于Cia比较小，一般近视认为Ci≈CD。由此可见，RD越大，CD越小，对噪声的影响越小，而加入Cs可限制高频段的噪声增益。从图中还可知，信号带宽为fpf=1／(2πRfCs)，可知，Rf阻值太大的话，会严重影响信号带宽。因此，选择Rf时，要同时考虑电路闭环增益和信号带宽，从中选择一个合理的阻值。

3 优化电路设计
    经光电二极管转换的电信号通常都很微弱，很容易受外界噪声的干扰。因此放大电路中对噪声的抑制变得极关重要。从图3可以看出，减少噪声有两种措施，一种是减少噪声增益。在反馈电阻Rf上并联一个电容Cf，使得噪声增益变为1+Ci／(Cs+Cf)。实验验证，加上Cf并没有使电路的总输出噪声减少很多，只是有所减少。另外一种更为有效的抑制噪声的方法是限制噪声带宽。抑制噪声带宽有两种措施，一是减少放大器的开环增益带宽。理想情况是使放大器的开环增益减少到信号带宽的截止点，不过这对放大器的选择变得非常有限。二是通过退耦相位补偿的方法减少噪声带宽，其电路原理如图4所示。

    电路在放大器的输出和探测电路的输出之间加了一个RC低通滤波电路，滤掉经过放大的噪声和放大器本身的噪声。电容Cc用来补偿Rc滤波电路带来的相位滞后。电容Cs用来补偿因光电二极管结电容CD引起的相位滞后，抑制噪声增益峰值。一般使Rc≈Ro，Ro是放大器的等效输出电阻，一般根据经验取值，通常认为Ro≈50 Ω，，。调整Cc的值可以去除振荡。这种情况下的噪声频谱图如图5所示，阴影部分为滤除的噪声。增加CL的值，将使得AOL’往左移，减少更多的噪声，但要注意不要影响信号带宽。