Рис. 6. Трансимпедансный усилитель
туннельного и фотодиодного тока
— высокий коэффициент
усиления по мощности
K
p
(не
менее 80 дБ);
— термостабильность.
Среди схем усилителей, наи-
более полно отвечающих ука-
занным требованиям, следует
отметить усилители, исполь-
зующие во входном каскаде
трансимпедансный усилитель,
включенный по схеме, приве-
денной на рис. 6.
В качестве активного элемента в схеме такого усилителя исполь-
зуются операционный усилитель (ОУ), во входном каскаде которого
используются дифференциальные пары на полевых транзисторах (на-
пример, типа AD820 Analog Devices). При этом
U
вых
=
I
вх
R
1
.
При использовании трансимпедансного усилителя фототока возни-
кает проблема согласования фотодиода
D
1
и входа ОУ. Входные токи
смещения ОУ
I
см
−
, I
см
+
должны быть меньше, чем входной ток фото-
диода
D
1
, что обеспечит требуемую чувствительность усилителя. Ток
фотодиода лежит в наноамперном диапазоне, следовательно, входные
токи смещения ОУ
I
см
−
, I
см
+
должны быть меньше 1 нА. Также не-
обходимо использовать ОУ с малым значением дрейфа входных токов
смещения ОУ
I
см
−
, I
см
+
. Для уменьшения влияния входных токов
смещения ОУ применяется фильтр высоких частот на входе ОУ, но
это резко уменьшает полосу пропускания усилителя. Для получения
амплитуды сигнала выходного напряжения
U
вых
>
1
В, т.е. сигнала, ко-
торый может впоследствии быть успешно обработан, из выражения (1)
следует, что необходимо использовать резистор
R
1
>
1
ГОм. Резистор
с таким большим сопротивлением имеет большее значение собствен-
ных шумов, что снижает чувствительность усилителя и уменьшает
отношение сигнал/шум. Плотность шумового тока сопротивления в
цепи обратной связи можно записать как
i
R
ос
=
4
kT
Δ
f
R
о
.
с
.
При применении малошумящего ОУ (спектральная плотность шу-
мового тока
(1
. . .
2)
·
10
−
14
А
·
Гц
−
0
,
5
)
преобладающую роль играют шу-
мы фотодиода и резистора обратной связи. Поэтому полное напряже-
ние шума на выходе трансимпедансного усилителя фототока можно
представить как
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2008. № 2 45
