Những lợi ích của điện áp cao trong bộ khuếch đại photodiode dựa trên LTC6090 này là gì?

Trong một bài viết trên Tạp chí Đổi mới Tương tự LT , Công nghệ tuyến tính khoe khoang về bộ khuếch đại hoạt động điện áp cao của họ, LTC6090 , có thể hoạt động trên điện áp ± 70 volt. Họ trình bày một mạch ví dụ, một bộ khuếch đại photodiode:

Điều này có lẽ ấn tượng; Tôi không biết nhiều về bộ khuếch đại photodiode.

Điều gây ấn tượng với tôi là kỳ lạ là, trong khi vòng phản hồi hoạt động với điện áp lên tới 120 volt, lợi dụng dải điện áp tăng, sau đó họ đặt một bộ chia điện áp 1:10 trên đầu ra, dường như phủ nhận lợi ích.

Tại sao không thay thế điện trở 10 MΩ bằng 1 MΩ và thoát khỏi bộ chia đầu ra? Sau đó, bạn có thể sử dụng bộ khuếch đại hoạt động hoàn toàn trung bình vì đầu ra chỉ cần dao động trong khoảng từ 0 đến 12 volt.

Trong các mô phỏng của tôi, việc hạ thấp điện áp phản hồi mang lại cho tôi một số lợi ích:

• Băng thông cao hơn (sử dụng cùng LTC6090)
• Tụ 0,3 pF có thể được tăng lên, nới lỏng các yêu cầu bố trí
• Trở kháng đầu ra thấp hơn
• Một lựa chọn lớn hơn của các bộ khuếch đại hoạt động hiện có sẵn
• ...và như thế

Tôi đã tìm kiếm trong bài viết và bảng dữ liệu cho các lý do đằng sau điều này, nhưng tôi không thể tìm thấy bất kỳ. Có lẽ rõ ràng với những người có kinh nghiệm với bộ khuếch đại photodiode, nhưng vì "hành động phản hồi" đảm bảo rằng photodiode nhìn thấy sự khác biệt tiềm năng tương tự, nên nó sẽ không ảnh hưởng đến hành vi của nó - sẽ có 3 volt trên đó, và dòng điện tương tự sẽ chảy .

Tại sao mạch này được cải thiện bởi một điện áp phản hồi cao?

Tại sao không thay thế điện trở 10 MΩ bằng 1 MΩ và thoát khỏi bộ chia đầu ra?

Đó là tất cả về tiếng ồn nhiệt được tạo ra bởi điện trở 10 Mohm. Điện trở 10 Mohm ở 20 độ C sẽ tạo ra điện áp nhiễu 90 uV RMS trên băng thông 50 kHz.

So sánh điều này với điện trở 1 Mohm - nó tạo ra nhiễu 28 uV trên cùng một băng thông ở cùng nhiệt độ. Đó không phải là giảm 10: 1 điện áp nhiễu và đó là điểm chính ở đây.

Vì vậy, nếu bạn sử dụng điện trở 10 Mohm (để tăng tín hiệu gấp mười lần) thì giảm 10: 1 sau đó bằng cách sử dụng điện trở giá trị "thấp", bạn sẽ đạt được sự cải thiện đáng kể về tỷ lệ nhiễu tín hiệu ($\sqrt{10}$). Có những yếu tố khác làm cho điều này không tốt như âm thanh (chẳng hạn như mức tăng nhiễu của mạch do điện dung của photodiode), nhưng nói chung, bạn sẽ nhận được từ 5 dB đến 10 dB trong SNR.

Đây là một chút lý thuyết về công suất nhiễu được tạo ra bởi các điện trở trên một băng thông nhất định. Nếu bạn cần xem số thực, hãy sử dụng trang web này như một máy tính: -

Công suất nhiễu tăng theo điện trở nhưng, điện áp nhiễu chỉ tăng theo gốc điện trở. Điện áp tín hiệu tăng theo điện trở.

Tại sao mạch này được cải thiện bởi một điện áp phản hồi cao?

Nếu mức đầu ra tín hiệu mục tiêu là (giả sử) 10 Vp-p và bạn áp dụng phương pháp giảm nhiễu được hiển thị thì bạn phải tạo ra tín hiệu là 100 Vp-p để có thể giảm đến 10 Vp-p.