精密的單電源光檢測電路設計方案

在同一個圖中,1/b 曲線以零dB開始隨頻率變化。1/b 隨著頻率的增加保持平滑,直到曲線末尾有一個極點產生,曲線便開始衰減20dB/10倍頻程。

圖（a）中令人感興趣的一點就是A_OL（jw ）曲線和1/b 曲線的交點。兩條曲線交點的斜率示出了系統的相位容限,也預示著系統的穩定性。在圖中,交點斜率為－20dB/10倍頻程。在這種情況下,放大器將提供－90° 的相移,而反饋系數則提供零度相移。相移和系統的穩定性均由兩條曲線的交點決定。1/b 相移和A_OL（jw ）相移相加,系統的相移為－90° ,容限為90° 。從理論上說,如果相位容限大于零度,系統是穩定的。但實際應用中相位容限至少應有45° 才能使系統穩定。

在圖6的（c）中,A_OL（jw ）曲線和1/b 曲線的交點表示一個在一定程度上穩定的系統。此點 A_OL（jw ）曲線正以－20dB/10倍頻程的斜率變化,而1/b 曲線正從20dB/10倍頻程的斜率轉換到0dB/10倍頻程的斜率。A_OL(jw )曲線的相移為－90° 。1/b 曲線的相移則為－45° 。將這兩個相移相加后,總的相移為－135° ,即相位容限為45° 。雖然該系統看上去較穩定,即相位容限大于0° ,但是電路不可能像計算或模擬那樣理想化,因為電路板存在著寄生電容和電感。結果,具有這樣大小的相位容限,這個系統只能是“一定程度上的穩定”。

圖6中（b）、（d）均為不穩定系統。在（b）圖中,A_OL（jw ）以－20dB/10倍頻程的斜率變化。1/b 則以+20dB/10倍頻程的斜率變化。這兩條曲線的閉合斜率為40dB/10倍頻程,表示相移為－180° ,相位容限為0° 。

在（d）圖中,A_OL（jw ）以－40dB/10倍頻程的斜率變化。而1/b 以0dB/10倍頻程的斜率變化。兩條曲線的閉合斜率為－40dB/10倍頻程,表示相移為－180° 。

通過模擬可表明使用非理想的光電二極管和運放模型會造成相當數量的振鈴或不穩定因素。在頻率域內重新進行這種模擬會很快重現這種不穩定因素。

系統的不穩定性可用兩種方法校正：（1）增加一個反饋電容C_F;（2）改進放大器,使其具有差分A_OL頻率響應或差分輸入電容。

改變反饋電容。系統中影響噪聲增益1/b 頻率響應的有光電二極管的寄生電容、運放的輸入電容,其阻抗以Z_IN表示,放大器反饋環路的寄生元件,其阻抗以Z_F表示。

Z_IN = R_PD //1/[ jw （C_PD+C_CM+C_DIFF）]

Z_F = R_F //1/ [jw （C_RF+C_F）] （3）

從式（4）中容易地看出,加大C_F將降低f_P1,并降低高頻增益[1+（C_PD+C_CM+C_DIFF）/（C_F+C_RF）]。

1/b 網絡的極點設計成1/b 與放大器的開環增益曲線相交的那一點。此時頻率就是這兩條曲線的幾何平均值。C_F可計算如下

（5）

式（5）中f_U是放大器的增益帶寬積。此時,系統具有45° 的總相位容限,階躍響應將呈現25%的過沖。對于使用MCP601放大器的電路,C_F的值將為

這種最佳的計算結果是建立在假設放大器參數如帶寬或輸入電容以及反饋電阻值沒有改變,二極管的寄生電容也無改變基礎上的。

較保守的計算方法C_F的取值為