光电二极管低噪声放大电路的设计.pdf

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1、第37卷第8期合肥工业大学学报(自然科学版)Vo1．37No．82014年8月JOURNAL0FHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYAug．2014Doi：10．3969／j．issn．1003—5060．2014．08．011光电二极管低噪声放大电路的设计李汉超，刘士兴，鲁迎春，黄俊杰(合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥230009)摘要：文章首先给出了光电二极管的噪声等效模型并具体分析了主要噪声来源，综合3种噪声源用均方根分析法来计算总的噪声输出，提出基于反馈电容和基于复合放大器的2个改进型电路来降低电路的噪声。计算与仿真结果表

2、明基于反馈电容的降噪电路降低了噪声，但信号的带宽也相应降低了，而基于复合放大器的降噪电路降低了噪声且保持信号的带宽几乎不受影响。关键词：光电二极管；电流一电压转换器；放大器噪声；噪声分析；PSpice仿真中图分类号：TN722．71文献标识码：A文章编号：1003—5060(2014)08—0950-04Designofamplifiercircuitoflow-noisephotodiodeLIHawchao，LIUShi—xing，IUYing-chun。HUANGJun-jie(SchoolofElectronicScienceandAppliedPhy

3、sics，HefeiUniversityofrechnology，Hefei230009，China)Abstract：Theequivalentcircuitmodelsofthephotodiodeamplifierareintroduced，andthemainnoisesourcesarestudied．Thenthetotaloutputnoiseisanalyzedbyrootmeansquare(RMS)analysisbasedonthreekindsofnoises．Finally，twoimprovedcircuitsbasedonfeed

4、backcapacitanceandcompositeamplifierareproposedtoreducethenoiseofcircuit．Thecalculationandsimulationresultsshowthatthecircuitbasedonfeedbackcapacitanceeffectivelyreducestheextremeofnoisegainandtheband～widthofthesignaldecreasesatthesametime，andthecircuitbasedoncompositeamplifiereffec

5、tivelyreducestheextremeofnoisegainwhilethebandwidthofthesignalishardlyaffected．Keywords：photodiode；current—voltageconverter；noiseofamplifier；noiseanalysis；PSpicesimula—tjon光电二极管可以把光信号转变为电信号，其存在诸多限制l2]。例如光电二极管的输出电流很工作原理是PN结通过吸收光子的能量释放和加／]x(pA到A量级不等)，为了增加其输出的幅速半导体的载流子产生电信号，完成光电转换l1]。度

6、，就需要感光面积较大的二极管和阻值较大的光电二极管本身能够产生大部分仪器所需要的输转换电阻，而这会降低光电二极管的偏移、带宽、入电压，但却导致了非线性的响应特性和非常有稳定性和噪声特性。限的带宽。而把光电二极管的输出端看成电流噪声是电流一电压转换器的核心问题，快速准源，对其进行电流一电压转换，可以极大地提高其确地计算噪声对分析有效信号具有重要意义。本能效和特性。这需要将光电二极管和信号电压隔文针对某些噪声计算方法没有考虑不同频段的噪离开，并使得运算放大器的电流一电压转换器成为对总噪声贡献的差异引，提出根据光电二极管基本的光电二极管放大器。这种放大电路结构简的噪

7、声等效模型分析噪声源及其噪声谱密度，并单，但有研究表明它在光电二极管的应用过程中运用均方根分析法计算噪声源的噪声电压；根收稿日期：201308—27；修回日期：201403—31基金项目：安徽省高等学校省级自然科学研究重点资助项目(KJ2012Z316)；合肥工业大学青年发展基金资助项目(2012ttGXJ0066)作者简介：李汉超(1990一)，男，安徽桐城人，合肥工业大学硕士生；刘士兴(1969一)，男，安徽宿州人，博士，合肥工业大学副教授，硕士生导师．第8期李汉超，等：光电二极管低噪声放大电路的设计951据分析结果提出2个降噪电路，并分别进行仿真，处等于

8、常数，enR随着电阻R的增大而增大，而