RU2745647C1 - Трансимпедансный усилитель фототока - Google Patents
Трансимпедансный усилитель фототока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2745647C1 RU2745647C1 RU2020125844A RU2020125844A RU2745647C1 RU 2745647 C1 RU2745647 C1 RU 2745647C1 RU 2020125844 A RU2020125844 A RU 2020125844A RU 2020125844 A RU2020125844 A RU 2020125844A RU 2745647 C1 RU2745647 C1 RU 2745647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- terminal
- transistor
- amplifier
- collector
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F17/00—Amplifiers using electroluminescent element or photocell
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
- H03F3/343—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в приемных устройствах оптических цифровых систем связи. Технический результат заключается в обеспечении высокого динамического диапазона, высокого быстродействия, автоматической стабилизации рабочих точек транзисторов и устранении последействия воздействия большого сигнала после его окончания. Усилитель фототока содержит фотодиод, двухкаскадный усилитель общий коллектор - общий эмиттер с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, выполненный на первом и втором транзисторах, первом и втором резисторах, третьем резисторе обратной связи, дополнительной цепи обратной связи, включенной параллельно третьему резистору, которая выполнена на первом, втором и третьем диодах Шоттки и конденсаторе. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в приемных устройствах оптических цифровых систем связи, в том числе при передаче оптических сигналов через разветвленную пассивную многоабонентскую оптическую сеть, где прием производится от разных источников оптических сигналов с разных направлений.
Известен усилитель фототока, содержащий фотодиод, двухкаскадный усилитель общий коллектор - общий эмиттер с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, выполненный на первом и втором транзисторах, первом и втором резисторах, третьем резисторе обратной связи, при этом катод фотодиода соединен с шиной питания, анод фотодиода соединен с базой первого транзистора и с первым выводом третьего резистора, коллектор первого транзистора соединен с шиной питания, эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора и базой второго транзистора, второй вывод первого резистора и эмиттер второго транзистора соединены с земляной шиной питания, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора и со вторым выводом третьего резистора, второй вывод второго резистора соединен с шиной питания, выходной сигнал снимается с коллектора второго транзистора [1, 2].
Данный усилитель имеет хорошие характеристики по быстродействию и автоматическую стабилизацию рабочих точек транзисторов. Однако динамический диапазон его работы существенно ограничен линейностью усилителя.
Известен усилитель фототока, содержащий фотодиод, двухкаскадный усилитель общий коллектор - общий эмиттер с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, выполненный на первом и втором транзисторах, первом и втором резисторах, третьем резисторе обратной связи, дополнительной цепи обратной связи, включенной параллельно третьему резистору, при этом катод фотодиода соединен с шиной питания, анод фотодиода соединен с базой первого транзистора, с первым выводом третьего резистора и первым выводом дополнительной цепи обратной связи, коллектор первого транзистора соединен с шиной питания, эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора и базой второго транзистора, второй вывод первого резистора и эмиттер второго транзистора соединены с земляной шиной питания, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, со вторым выводом третьего резистора и вторым выводом дополнительной цепи обратной связи, второй вывод второго резистора соединен с шиной питания, выходной сигнал снимается с коллектора второго транзистора [3].
Данный усилитель за счет введения дополнительной нелинейной цепи обратной связи имеет высокий динамический диапазон. Автоматическая стабилизация рабочих точек транзисторов сохраняется. Однако быстродействие этого усилителя существенно ниже быстродействия усилителей, представленных в источниках [1, 2], из-за действия паразитных емкостей диодов и транзисторов, включенных в дополнительную цепь отрицательной обратной связи (эффекта Миллера). Также на выходе этого усилителя после завершения воздействия большого импульса входного фототока некоторое время остаются остатки воздействия большого сигнала, т.е. имеется медленно затухающий переходной процесс после завершения сигнала.
Технический результат изобретения выражается в одновременном получении комплекса характеристик: высокий динамический диапазон, высокое быстродействие, автоматическая стабилизация рабочих точек транзисторов, устранения последействия воздействия большого сигнала (импульса) после его окончания.
Технический результат достигается за счет наличия в трансимпедансном усилителе фототока фотодиода, двухкаскадного усилителя общий коллектор - общий эмиттер с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, выполненного на первом и втором транзисторах, первом и втором резисторах, третьем резисторе обратной связи, дополнительной цепи обратной связи, включенной параллельно третьему резистору, при этом катод фотодиода соединен с шиной питания, анод фотодиода соединен с базой первого транзистора, с первым выводом третьего резистора и первым выводом дополнительной цепи обратной связи, коллектор первого транзистора соединен с шиной питания, эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора и базой второго транзистора, второй вывод первого резистора и эмиттер второго транзистора соединены с земляной шиной питания, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, со вторым выводом третьего резистора и вторым выводом дополнительной цепи обратной связи, второй вывод второго резистора соединен с шиной питания, выходной сигнал снимается с коллектора второго транзистора, отличающийся тем, что дополнительная цепь обратной связи выполнена на первом, втором и третьем диодах Шоттки и конденсаторе, при этом анод первого диода Шоттки соединен с первым выводом третьего резистора, катод первого диода Шоттки соединен с анодом второго диода Шоттки, катодом третьего диода Шоттки и первым выводом конденсатора, катод второго диода Шоттки соединен с анодом третьего диода Шоттки и вторым выводом третьего резистора, второй вывод конденсатора соединен с земляной шиной питания.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема трансимпедансного усилителя фототока.
В трансимпедансном усилителе фототока фотодиода 1 быстродействие усилителя обеспечивается по сравнению с прототипом за счет включения конденсатора 10 небольшой емкости, блокирующего действие паразитных емкостей первого 7, второго 8 и третьего 9 диодов Шоттки в цепи отрицательной обратной связи. Тем самым конденсатор 10 устраняет известный эффект Миллера, в результате чего существенно повышается быстродействие усилителя. При малом входном оптическом сигнале первый 7, второй 8 и третий 9 диоды Шоттки закрыты и коэффициент трансимпедансного усиления усилителя примерно равен величине сопротивления R третьего резистора 6. Напряжение на коллекторе второго транзистора 3 примерно равно Е-2Uбэ, где Е - напряжение питания усилителя, Uбэ - напряжение падения на открытых переходах база-эмиттер первого 2 (каскада усилителя общий коллектор) и второго 3 (каскада усилителя общий эмиттер) транзисторов. Стабильность рабочих точек транзисторов поддерживается воздействием отрицательной обратной связи через третий резистор 6. Тем самым обеспечивается автоматическая стабилизация рабочих точек транзисторов. При увеличении входного сигнала (фототока) напряжение на коллекторе второго транзистора 3 уменьшается до тех пор, пока не начнут открываться первый 7 и второй 8 диоды Шоттки дополнительной цепи нелинейной обратной связи. В итоге последовательное соединение динамических сопротивлений открытых первого 7 и второго 8 диодов Шоттки шунтирует сопротивление R и коэффициент трансимпедансного усиления усилителя уменьшается, усилитель усиливает большой сигнал без искажений. Тем самым достигается высокий динамический диапазон усилителя. Третий 9 диод Шоттки устраняет последействие большого сигнала (импульса) после его окончания, разряжая накопленные заряды в дополнительной цепи нелинейной обратной связи. Таким образом, в вышеописанном трансимпедансном усилителе фототока достигается заявленный технический результат.
1. Sibley M.J.N. Optical communications. Macmillan New Electronics, 1995.
2. Andy Abo. A Wide-band Low-Noise Transimpedance Preamp. UC Berkeley. October 21, 1994.
3. Garry Neal Link, David W. Entrikin. Efficient high overdrive transimpedance amplifiers. Патент США № US 6545544 B1. Дата публикации 08.04.2003.
Claims (1)
- Трансимпедансный усилитель фототока, содержащий фотодиод, двухкаскадный усилитель общий коллектор - общий эмиттер с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, выполненный на первом и втором транзисторах, первом и втором резисторах, третьем резисторе обратной связи, дополнительной цепи обратной связи, включенной параллельно третьему резистору, при этом катод фотодиода соединен с шиной питания, анод фотодиода соединен с базой первого транзистора, с первым выводом третьего резистора и первым выводом дополнительной цепи обратной связи, коллектор первого транзистора соединен с шиной питания, эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора и базой второго транзистора, второй вывод первого резистора и эмиттер второго транзистора соединены с земляной шиной питания, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, со вторым выводом третьего резистора и вторым выводом дополнительной цепи обратной связи, второй вывод второго резистора соединен с шиной питания, выходной сигнал снимается с коллектора второго транзистора, отличающийся тем, что дополнительная цепь обратной связи выполнена на первом, втором и третьем диодах Шоттки и конденсаторе, при этом анод первого диода Шоттки соединен с первым выводом третьего резистора, катод первого диода Шоттки соединен с анодом второго диода Шоттки, катодом третьего диода Шоттки и первым выводом конденсатора, катод второго диода Шоттки соединен с анодом третьего диода Шоттки и вторым выводом третьего резистора, второй вывод конденсатора соединен с земляной шиной питания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125844A RU2745647C1 (ru) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | Трансимпедансный усилитель фототока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125844A RU2745647C1 (ru) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | Трансимпедансный усилитель фототока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2745647C1 true RU2745647C1 (ru) | 2021-03-30 |
Family
ID=75353521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020125844A RU2745647C1 (ru) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | Трансимпедансный усилитель фототока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2745647C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4609880A (en) * | 1983-10-06 | 1986-09-02 | Telefunken Electronic Gmbh | Broad-band amplifier for the amplification of a photoelectric current |
SU1663754A1 (ru) * | 1989-02-06 | 1991-07-15 | Институт Электродинамики Ан Усср | Оптоэлектронный усилитель |
US5311146A (en) * | 1993-01-26 | 1994-05-10 | Vtc Inc. | Current mirror for low supply voltage operation |
RU2058661C1 (ru) * | 1991-04-24 | 1996-04-20 | Соловьев Владимир Леонидович | Усилитель фототока |
US6545544B1 (en) * | 2002-02-27 | 2003-04-08 | Maxim Integrated Products, Inc. | Efficient high overdrive transimpedance amplifiers |
RU2688953C1 (ru) * | 2018-11-01 | 2019-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Устройство считывания сигналов с фотоприемной матрицы инфракрасного излучения (варианты) |
-
2020
- 2020-07-28 RU RU2020125844A patent/RU2745647C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4609880A (en) * | 1983-10-06 | 1986-09-02 | Telefunken Electronic Gmbh | Broad-band amplifier for the amplification of a photoelectric current |
SU1663754A1 (ru) * | 1989-02-06 | 1991-07-15 | Институт Электродинамики Ан Усср | Оптоэлектронный усилитель |
RU2058661C1 (ru) * | 1991-04-24 | 1996-04-20 | Соловьев Владимир Леонидович | Усилитель фототока |
US5311146A (en) * | 1993-01-26 | 1994-05-10 | Vtc Inc. | Current mirror for low supply voltage operation |
US6545544B1 (en) * | 2002-02-27 | 2003-04-08 | Maxim Integrated Products, Inc. | Efficient high overdrive transimpedance amplifiers |
RU2688953C1 (ru) * | 2018-11-01 | 2019-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Устройство считывания сигналов с фотоприемной матрицы инфракрасного излучения (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Phang et al. | A CMOS optical preamplifier for wireless infrared communications | |
US4420724A (en) | FET Amplifier with wide dynamic range | |
US9641251B1 (en) | Transimpedance amplifier, and related integrated circuit and optical receiver | |
JP2013115562A (ja) | トランスインピーダンスアンプ | |
JPH05304422A (ja) | 光通信用前置増幅器 | |
JP2653018B2 (ja) | トランスインピーダンス形増幅回路 | |
CN102820857A (zh) | 宽带高增益跨阻放大器及设计方法和放大器芯片 | |
CN101651449A (zh) | 一种用于光通信接收机的光输入前置放大器 | |
US10326416B2 (en) | Amplifier | |
Atef et al. | 10Gb/s inverter based cascode transimpedance amplifier in 40nm CMOS technology | |
US4075576A (en) | Sensitive high speed solid state preamp | |
US5451902A (en) | Fully differential CMOS transconductance-transimpedance wide-band amplifier | |
Wang et al. | An 18-mW two-stage CMOS transimpedance amplifier for 10 Gb/s optical application | |
US5162754A (en) | Ultra-wideband dc-microwave amplifier device notably in integrated circuit form | |
US6806778B1 (en) | Darlington cascode | |
RU2745647C1 (ru) | Трансимпедансный усилитель фототока | |
CN107257232B (zh) | 跨阻放大器 | |
US11411542B2 (en) | Transimpedance amplifier circuit | |
US20050052248A1 (en) | Elevated front-end transimpedance amplifier | |
US11349444B2 (en) | Transimpedance amplifier circuit | |
US10848106B2 (en) | Wide dynamic range auto-AGC transimpedance amplifier | |
CN107395133B (zh) | 跨阻放大器 | |
CN113452331A (zh) | 可控动态偏置功率放大器 | |
CN117811516B (zh) | 可变跨阻tia放大器集成电路及激光脉冲探测器 | |
Micusik et al. | A 240MHz-BW 112dB-DR TIA |