усиление, полоса пропускания и GBWP преобразователя тока в напряжение с операционным усилителем

GBWP для установки остается постоянным. Это означает, что уменьшение низкочастотного усиления с разомкнутым контуром за счет отрицательной обратной связи увеличивает полосу пропускания на тот же коэффициент (при условии, что ваша установка с разомкнутым контуром имеет один полюс, что означает коэффициент усиления закрытия 6 дБ на октаву). Остерегайтесь правильного объединения, вы не можете просто разделить пропускную способность на значение сопротивления и при этом иметь пропускную способность.

Чтобы рассчитать усиление замкнутого контура, вам понадобятся оба значения сопротивления, как вы сами заявили. Предположим, что усиление без обратной связи составляет 10 ^ 6, тогда будет полюс на частоте 10 Гц (GBWP = 10 Гц * 10 ^ 6 = 10 МГц). Уменьшение усиления, например, до 100 смещает полюс до 100 кГц. (100 кГц * 100 = 10 МГц).

В вашем преобразователе тока в напряжение, похоже, есть только один резистор. Однако есть еще один выходной импеданс вашего источника входного сигнала. Оба резистора определяют усиление по напряжению (A = - Rsource / R). Таким образом, пропускная способность зависит от вашего источника ввода.

Также обратите внимание, что произведение усиления на полосу пропускания требует понятия единичного усиления. И как именно вы определяете единичный коэффициент усиления преобразователя тока в напряжение?

Практически повсеместно операционные усилители имеют внутреннюю компенсацию низкочастотного полюса. Это означает, что после некоторой очень низкой частоты (около 1 Гц или около того) усиление разомкнутого контура будет падать на 20 дБ за декаду частоты. Частота, на которой усиление разомкнутого контура пересекает единицу, является произведением полосы пропускания усиления (GBWP). Это виртуальная постоянная для усилителя во всем его рабочем диапазоне частот из-за скорости, с которой коэффициент усиления падает с частотой. GBWP — это концепция малочастотной модели.

Если рассматривать операционные усилители с точки зрения модели слабого сигнала, произведение коэффициента усиления на полосу пропускания — это просто простой способ описания полезной полосы пропускания усилителя с разомкнутым контуром. Сигналы в модели малых сигналов очень малы. По аналогии с виртуальной работой или виртуальным перемещением в механике малые сигналы в электронике могут быть исчезающе малыми. Чем ближе работа усилителя к границам рабочих характеристик, тем слабее должны быть реальные сигналы, чтобы концепция модели слабого сигнала была справедливой.

При рассмотрении реальных сигналов с амплитудой скорость нарастания (SR) усилителя становится более важной, чем GBWP. В этом случае для трансимпедансного усилителя (TIA), преобразующего ток в напряжение с коэффициентом преобразования 47 кОм, лучше смотреть на требуемый SR. Если бы входной ток был пиковым 100 мкА, пиковое выходное напряжение операционного усилителя должно было бы составлять 4,7 В. Скорость нарастания для поддержки сигнала 1 МГц с амплитудой 4,7 В должна быть:

СР > 2$\pi$ф$V_{\text{pk}}$"="$\text{2$\pi $ 1MHz 4.7V}$или 29,5$\frac{V}{\text{$\mu $Sec}}$

Операционный усилитель с GBWP 10 МГц будет иметь SR около 20.$\frac{V}{\text{$\mu $Sec}}$, поэтому не сможет поддерживать преобразование тока в напряжение даже на частоте 1 МГц и 100 мкА.

Что касается доступной полосы пропускания, значение имеет только LOOP GAIN (LG).

1.) Начиная со второй схемы, мы имеем коэффициент обратной связи k=R1/(R1+R2), а коэффициент усиления контура равен

LG=-k*Aol (Aol=коэффициент разомкнутого контура операционного усилителя).

Коэффициент усиления с обратной связью равен Acl=Aol/(1-LG) . Операционный усилитель с компенсацией единичного усиления имеет усиление без обратной связи (фильтр нижних частот 1-го порядка) Aol=Ao/(1+w/wo) .

Полоса пропускания замкнутого контура идентична частоте, на которой величина усиления контура равна единице. Используя приведенные выше уравнения, установив |LG|=1 и найдя w, мы получим новую угловую частоту w1 (полосу пропускания) на уровне 3 дБ для замкнутого контура усиления Acl: w1=wo(Ao*k-1 ) .

Если пренебречь «1» и установить 1/k=Acl (без инвертора), окончательный результат будет

Acl*w1=Аово

(усиление с обратной связью, умноженное на BW с обратной связью = усиление без обратной связи, умноженное на BW без обратной связи). Обратите внимание, что ЗНАЧЕНИЯ резистора не имеют значения, потому что только ОТНОШЕНИЕ резистора определяет коэффициент обратной связи k.

2.) Что касается первой схемы, коэффициент усиления контура равен LG=Aol (поскольку внутреннее сопротивление источника тока бесконечно, что дает k=1). Следовательно, полоса пропускания слабого сигнала идентична частоте, где LG=Aol=0dB . Следовательно, транзитная частота (GBW) операционного усилителя представляет собой доступную полосу пропускания с обратной связью для преобразователя тока в напряжение.

ОБНОВЛЕНИЕ . Приведенные выше соображения относятся только к полосе пропускания слабого сигнала. Конечно, в некоторых случаях полоса пропускания большого сигнала (скорость нарастания) будет ограничивающим фактором (как указано в другом ответе).