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OPA380: 我用OPA380作为光电二极管的V/I电路,为什么仿真波形是这样的?

Part Number:OPA380

你好,这个OPA380的datasheet,上面说,供电电压是2.7-5.5v,我给OPA380的供电电压是5V,然后按照datasheet进行搭建电路仿真,datasheet里面的RF最大可以为10MΩ,可是我用2MΩ作为RF的时候,输出就已经失真了,这是为什么呢?

我给电流发生器设置的是带有2.4uA偏置的30KHz 振幅为2.4uA的正弦波,如图示,我的TIA电路如图示,仿真波形如图示:

                      

为什么当RF=2MΩ 的时候,输出感觉是一条线,正弦波的输出幅值范围是4.59~ 4.58V,     如果 RF=1MΩ 的时候,     为什么输出曲线的峰谷不是0V,而是1.8V左右? 下图为RF-=1MΩ时候的仿真图,而且为什么输出的波形第一个脉冲的波峰值高于其他的波峰值?

              

Amy Luo:

您好,

YingYan Liu 说:我给电流发生器设置的是带有2.4uA偏置的30KHz 振幅为2.4uA的正弦波

输入电流范围相当于0 ~4.8uA,那么乘以增益2MΩ,输出肯定饱和了,看下面输出特性截图,最大输出到VS-400mV,5V供电那么就是4.6V左右,符合您的仿真输出。

YingYan Liu 说:如果 RF=1MΩ 的时候,     为什么输出曲线的峰谷不是0V,而是1.8V左右? 下图为RF-=1MΩ时候的仿真图,而且为什么输出的波形第一个脉冲的波峰值高于其他的波峰值?

这个问题我再具体看下

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YingYan Liu:

还有就是,为什么反馈电阻是10KΩ ~ 100kΩ 的时候,输出的经过第一个运放OPA380输出的电压底部都失真了?  按照芯片手册,输出应该是120mV之下才不能正常输出吗?

          

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YingYan Liu:

原因分析出来了吗  

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Amy Luo:

应该与电容C1、C2有关,我去掉这两个电容,是期望输出。

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YingYan Liu:

可是C1是光电二极管的电容,不能去掉,C2是反馈电容,防止振铃,应该都不能去掉,

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Amy Luo:

C2或者说CF的计算公式是下面公式1,电路带宽是计算公式2,其中OPA380 GBW是90MHz,RF您选取的是1MΩ,Ctot是9+3pF + 1.1pF=13.1pF,可以计算出-3dB带宽和CF值,我计算CF+CSTRAY是0.2pF,因此不需要并联C2电容。

3pF + 1.1pF for the OPA380输入电容;

仿真您去掉C2,并且输入电流幅值再减小一点以满足输出电压摆幅,输出是可以正常输出的,以下是我仿真输出

YingYan.TSC

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YingYan Liu:

我把电路的电流偏置设为2uA,振幅也为2uA,结果仿真得到的电路图,底部有点失真,这是为什么??

        

我之前计算反馈电容CF都是用,这个公式,这个公式计算出来是5.3pF,不懂为什么不能用这个公式,

 

还有问题就是,如果把CF去掉,这个放大电路会不稳定吗?  那样的话,是不是把放大倍数改小一点,也就是比如RF改为500kΩ,然后加上一个CF会更好一些?

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Amy Luo:

YingYan Liu 说:我把电路的电流偏置设为2uA,振幅也为2uA,结果仿真得到的电路图,底部有点失真,这是为什么??

如上所述,OPA380 输出达不到电源轨,即单电源供电时输出到不了0V,因此输入信号不可以从0uA开始输入,或者需要在同向输入端加一个偏置电压,将输出信号抬高至运放的输出范围。

可以将CF设置到5.3pF,这样带宽是30K,才不会衰减输入信号;CF设置12pF,带宽是13K,因此会衰减输入信号;

上述公式2是计算所使用的运放的GBW是否满足要求,如果运放的GBW太小,也会衰减输入信号。

将CF 改为5.3pF,仿真是正常的。

下面是光电二极管参考设计电路,里面讲了电路稳定性的分析,您可以具体看下

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/tidu535/tidu535.pdf

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