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[参考译文] OPA320:光电二极管放大器在(相对)较长时间内稳定

Guru**** 1133870 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA320, TINA-TI, LMH6644, TLV431
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/601421/opa320-photodiode-amplifier-settles-in-relatively-long-time

部件号:OPA320
主题中讨论的其他部件: TINA-TILMH6644TLV431

我有一个使用OPA320的非常基本的光电二极管放大器,连接方式如下

这是一种我无法完全理解的行为。

光电二极管从可见光中过滤出来,附近的光源是一个相对较短时间内的高电流脉冲红外发射器(约为0.5 安培),在225 us的时间内为28 us脉冲。 我有一个测量方法可以在红外源关闭时执行(是的,这不是我正在测量的辐射)。

我的问题是,除了我与“干扰”光同步(我生成它是为了另一个目的)之外,我需要在关闭灯塔后在30-40我们之内测量次要的微小光强度
注意:此辅助信号在该放大器的输出处甚至不"可见",因为它需要进一步放大。

以上电路首先受到限制,以避免OA饱和,即使使用OPA320,这不会是问题(在测量时,饱和速度应该比我的30 Us更快)。 我预计该级别需要一些时间(微秒?) 在灯光/暗度低的时候,在被眩晕后,我得到的是这样的东西

黄色轨迹是模拟输出,绿色轨迹是高功率LED控制(带有简单的开/关控制)。

为什么输出需要如此长的时间才能在黑暗的水平下稳定下来? 更让我困惑的是衰减曲线的形状,它与反馈电容器无关。

我继承了这款旧款设计的电路,因此我甚至无法解释为什么在过去使用一些非常相似的设置时,它能正常工作,而我显然无法让它正常工作!
原始电路也使用了另一个经典方案,在PD和OA之间插入了一个离散的JFET级,但这不会改变此放大器的输出结果。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好,LucaMSB,

    您的OPA320电路看起来很简单,所以我继续进行,并在TINA Spice模拟中设置它。 通过TINA以各种方式测试电路,表明输出尾线关闭特性与反馈电容器值相关。 在下面,您可以看到C1的结果等于0.1 pF,3.3 pF和10 pF。 由于C1被R3和两个系列二极管的系列组合所困扰,因此它们可能会在其上添加非线性电容。  

    如果您想尝试模拟,我已连接了我的TINA电路。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

    e2e.ti.com/.../OPA320_5F00_transZ_5F00_01.TSC

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    谢谢Thomas,
    您的模拟完成了我刚刚用TINA-TI绘制的草图。

    反馈电容器涉及降序信号,我知道这一点。 我们尝试了几个电容值,但这似乎不会影响"峰值",而只是指数下降的部分。

    请注意此图像,该图像是在LMH6644就位且反馈电容器的情况下拍摄的:

    如您所见,零件容易振荡,这是正常现象,缺少较低频率的稳定杆,但这种振荡仍然存在!

    我们尝试了一些不同的放大器,并在不同的原型板上建立了几个电路,只是为了确保我们在组装过程中没有出现错误。 结果仍然是相同的。
    这让我认为SFH229FA有一些东西,尽管我不能确切地理解是什么。 芯片很小,其电容不是很高;我们还尝试用阳极上的负电压(约-3V)对其进行偏压,以降低其电压...好吧,没有效果。

    另一个假设是关于带宽和响应时间的:这就是为什么我将OPA320更改为我手头的LMH6644,以便从更高的GBW开始。 如上所示,这没有什么变化(3.3pF反馈结果基本相同,只是没有振荡)。

    我很困惑。

    再次感谢,

    Luca

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    您好,Luca,

    我无法从图像中准确判断黄色输出轨迹的电压范围。  它看起来垂直是500 mV/div,但我不确定 通道1的0 V参考标记所驻留的位置。 它可能被通道2标记遮挡。

    输出最大电压 摆动是否接近正极电源电平? 如果它撞击到正输出导轨,则可能会提供一个线索。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    两个迹线在最低水平分割标记上都有GND电平;迹线1 (黄色)为500 mV/div。

    是的,它们与正电源轨(3.3V)足够接近,因此如果我可以信任数据表,LMH6644应该比3V (...)高一点,并且从过载中恢复得更好(...)

    不管怎样,我的参考/虚拟接地电压来自TLV431,所以我将它从原来的1.65V减至更低的1.35V,结果是这样的

    迹线仍在相同的下刻度基准上,输出信号为500 mV/div;在此情况下,放大器仍是LMH6644的一部分。 振荡消失了,"错误的衍生品"衰减曲线仍然存在。

    反馈电容器仍然缺失,因此包含的是BAV99电容和寄生电容。 第一个应该是温和的,毕竟是两个二极管串联。 即使是第二个也应该足够低:LMH6644处于自由空气中,导线较短且松动(小于6 8 mm)。

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    您好Luca,

    如果测试的任一运算放大器的输出撞击导轨,则将有过载恢复期。 当输出触碰到导轨时,运算放大器电气特性可能会发生显著变化。 通常,开环增益会崩溃,带宽下降,噪声增加和直流参数移动。 性能下降会影响放大器的输出线性。 这可能解释输出波形下降边缘中的突起。 如果降低输入驱动,使输出摆幅更小,则尾刃特性是否得到改善?

    除1 k电阻器外,运算放大器的输出上是否存在任何其他负载,例如电容器,电缆等?

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    您好Thomas:
    很明显,我对一些参数或行为有误解,因为我仍然觉得安培值在应该是其工作范围内。 让我试着解释一下。

    BAV99 + 1K电阻器反馈分支限制输出,防止饱和。 这应该如我所料,以最新的屏幕截图为例。 在这种情况下,参考电压设置为t 1.35V,因此同相节点上的电压应相同。 BAV99系列应在1.3V左右的电压下开始很好地导电,因此当输出为1.35 + 1.3 = 2.65V时,应安全夹紧,这一点得到了示波器的确认。 2.65V的输出,3.3V的电源,应该足够远离LMH6644的过载/饱和-数据表告诉我,3V电源时最小输出电压摆动是2.8V,所以我看不出为什么它应该降低3.3V电源。

    第二点非常有趣,只是关于你所指的。 在饱和/过载的情况下,安培输出可能暂时具有"峰值"响应。 LMH6644数据表中提到了这一点,起初我没有看到该图,因为我重点关注OPA320,而据记载,OPA320有不同的响应。 但是,LMH6644有一个图解,输出从100 ns的过载中输出
    该图用AV=+5指定,这可能是我推理的局限性:反馈网络及其固有极是否影响了安培从饱和状态中出来的响应?
    这100ns变形是否已被有限的带通延长50us (甚至更多)? 我不知道。

    作为一个附带说明,OPA320在其“过载恢复时间”图形中显然没有“峰值”响应,它会从饱和状态中出来。 只要在几百纳秒内降低/上升,增益为-10,我也不知道或没有意义知道高增益,带限制反馈网络会发生什么。

    我现在不在办公室,所以我无法测试设置,但我从测量中还记得一些东西。 一周前,我断开了BAV99支路的连接,看看电流是如何恢复的。 我记得从饱和状态中出来花了很长时间(大约40美元甚至更多),但我不记得当时我看到过驼峰(使用OPA320进行测试)。

    这带来了一个很好的挑战:如果这种简单的输出限制器避免饱和,但延迟稳定,我将不得不找到一个更好的方法来实现(...)

    为了回答您的问题,电路已与任何进一步的信号处理分离,所以1K电阻器是唯一的负载(除了示波器探针),与输出焊接几毫米(所有的东西都保持了如此严格,不愿意进行需要修改的新测试...)。