Усовершенствование фотодиодного усилителя с помощью согласованной пары полевых транзисторов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2020

Paul Rako

Electronic Design

Использование схемы нейтрализации с полевым транзистором может улучшить динамический отклик фотодиода, но при этом добавляет нежелательное постоянное напряжение. Устранить эту проблему можно с помощью сдвоенного полевого транзистора с p-n переходом.

У Linear Technology есть хорошее руководство [1] по использованию дискретных полевых транзисторов для улучшения динамического отклика фотодиодов большой площади. В схеме применяется повторитель напряжения на полевом транзисторе, включенный со стороны катода фотодиода (Рисунок 1). Такое включение устраняет эффекты влияния внутреннего сопротивления и емкости фотодиода. Если напряжение на фотодиоде не меняется, сопротивление и емкость не сказываются на работе схемы. И динамическая нейтрализация паразитных параметров с помощью полевого транзистора не влияет на фототок, генерируемый диодом.

Рисунок 1.	Для динамической нейтрализации паразитных параметров катода фотодиода в этой схеме используется полевой транзистор с p-n переходом. Он устраняет влияние сопротивления и емкости диода. Это расширяет полосу пропускания и снижает шумы, однако создает постоянное напряжение на фотодиоде.

Полоса пропускания у полевого транзистора больше, чем у усилителя, поэтому нейтрализация расширяет полосу пропускания усилителя при единичном усилении. Благодаря нейтрализации, кажущаяся емкость на выходе усилителя равна нулю при внутренней емкости фотодиода 3000 пФ. Исключение этой емкости удаляет из передаточной характеристики входной полюс или запаздывание, позволяя использовать меньший конденсатор частотной коррекции, что расширит полосу частот схемы (Рисунок 2).

Рисунок 2.	SPICE-модель демонстрирует расширение полосы пропускания схемы за счет цепи динамической нейтрализации на полевом транзисторе. Полоса пропускания схемы без нейтрализации составляет 16.6 кГц, а с полевым транзистором она увеличивается до 383.7 кГц.