CN1162708C - 宽频高效低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路 - Google Patents

Abstract

一种宽频、高信号耦合效率、低噪声、隔离背景直流电流的转阻放大电路，该电路由一信号电流输入缓冲电路，一模拟电阻电路及一放大电路所组成，所述信号电流输入缓冲电路由两场效应晶体管及一个电阻所构成，并具有高电流输入效率及提升电路频宽的功能，该模拟电阻电路由一电阻、两组缓冲器、一耦合电容及一偏压电阻所构成，在低频时可通过大量背景直流电流，在高频时可提高信号耦合效率及降低噪声输出电压的功能，其整体可大幅提升利用转阻放大电路来探测电流信号的灵敏度及放大率。

Description

宽频高效低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路

技术领域

本发明是关于一种宽频、高信号耦合效率、降低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，特别是关于一种提升频宽、高信号耦合效率及降低噪声，并具有隔离背景直流电流功能的高灵敏度转阻放大电路架构。

背景技术

公知的隔离背景直流电流的转阻放大电路经常用于电流信号探测，例如：检光电路，它是将光信号经测光二极管转换成电流后，再放大转换成电压讯号输出，光通信的接收电路即是利用此电路构成；其主要构成如图1所示，在该电路构成中为防止直流电流流入放大电路1中，采用一耦合电容C将其直流电流隔离，其信号电流Is的耦合效率为R1/(R1+Za)，其中该Za是由信号端看入放大器端的等效阻抗，其输出信号电压为Vs＝Is×[R1×R2/(R1+Za)]，输出噪声电压为Vn＝In×R2+Vn(1+R2/R1)，其In为噪声电流，该噪声电流In的影响非常小，可以忽略，从上述的推导方式，可清楚的知道只要把R1的值提升越高，就可获得较高的信号耦合效率及降低噪声输出电压。但在考虑到背景直流电流Ia的影响下，Ia×R1＜Vcc。因此，R1值过大时便无法在大背景直流电流Ia下工作。

由此可见，上述公知电路的构成仍有诸多缺点，有待于设计者重新设计新电路来取代已有的公知电路。

本发明鉴于上述的隔离背景直流电流的转阻放大电路构成中所衍生的各项缺点，对此迫切需要加以设计改良创新，并经多年苦心孤诣潜心研究后，终于成功研发完成本发明的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种宽频、高信号耦合效率、低噪声和能隔离背景直流电流的转阻放大电路，所述电路借助其信号电流输入缓冲电路，以达到高电流输入效率及提升电路的频宽，以便使模拟电阻电路在低频工作时，可通过大量的背景直流电流；而在高频工作时，可提高信号耦合入转阻放大器的效率及降低输出噪声电压，使该转阻放大电路能具备高电流电压转换增益及低噪声，以达到较高灵敏度。

具有上述优点的本发明的一种宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，所述的放大电路包括：

一信号电流输入缓冲电路，所述的电路能有效地将信号电流传送到转阻放大器输入节点，同时隔离信号源可能存在的电容效应，以提升电路的频宽；

一模拟电阻电路，此电路工作于低频时，可通过大量的背景直流电流，而工作于高频时，可提升信号耦合效率及降低输出噪声的电压；以及

一放大电路，可用于放大信号；

其中输入信号电流源一端接地另一端连接于第二场效应晶体管J2源极，并且连接第一场效应晶体管J1漏极，第二场效应晶体管J2栅极连接于第一场效应晶体管J1源极与电阻RJ后接地，第二场效应晶体管J2漏极连接第一缓冲器的输入端、电阻R1与电容C1，第一缓冲器输出端交流耦合连接电容C2再连接第二缓冲器的输入端及提供直流偏压电阻Rb一端，第二缓冲器输出端连接电阻R1一端，电阻R1另一端回馈连接于第一缓冲器的输入端，并经由电容C1交流耦合至放大器负极输入端与电阻R2一端，而放大器正极输入端接地，利用电阻R2回馈至放大器输出端输出信号，形成宽频、高信号耦合效率、降低噪声、抗背景直流电流的转阻放大电路的电路。

其中电流输入缓冲电路第二场效应晶体管J2漏极连接增益为1的第一缓冲器的输入端、电阻R1与电容C1，第一缓冲器输出端连接电容器C2形成交流耦合再连接增益为1的第二缓冲器的输入端及提供直流偏压电阻Rb一端，第二缓冲器输出端连接电阻R1一端，电阻R1另一端回馈连接于第一缓冲器的输入端形成模拟电阻。

其中所述的第一场效应晶体管J1及电阻RJ串联构成一电流源。

其中第二场效应晶体管J2源极连接第一场效应晶体管J1漏极，其栅极连接于第一场效应晶体管J1源极与电阻RJ后接地，其漏极连接第一缓冲器的输入端、电阻R1与电容C1，此第二场效应晶体管J2是以共栅极电路架构，作为电流缓冲器也就是具有输入抗组与高输出抗组特性，形成电流缓冲电路架构，因此第二场效应晶体管J2可以有效地隔离信号源存在的等效电容值进而提示电路频宽。

所述第一场效应晶体管J1漏极连接于第二场效应晶体管J2源极的接点为信号电流输入点。

其中所述的模拟电阻电路是由一电阻R1；一耦合电容C2；一偏压电阻Rb；第一缓冲器U1及第二缓冲器U2所构成。

其中所述的模拟电阻电路的结构是由第一缓冲器U1电路获取转阻放大器输入节点电压，而另一第二缓冲器U2的输出则控制转阻放大器输入节点A经偏压电阻Rb后的电压，而第一缓冲器U1的输出是经耦合电容C2后连接第二缓冲器U2的输入。

其中所述的模拟电阻电路中包含两组缓冲器：第一缓冲器U1及第二缓冲器U2，其以电容耦合方式而形成一靴带式架构。

附图说明

通过参阅以下有关本发明一优选实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为：

图1为一般具有隔离背景直流的转阻放大电路架构图；以及

图2为本发明的宽频、高信号耦合效率、低噪声、隔离背景直流电流的转阻放大电路的构成图。

图中各符号所表示的是：1放大电路，2模拟电阻电路，3信号电流输入缓冲电路，4放大电路，A转阻放大器输入节点，B电阻R1的一端点，E信号电路输入点。

具体实施方式

参阅图2所示，它是本发明所提供的宽频、高信号耦合效率、低噪声、隔离背景直流电流的转阻放大电路的构成图，所述的放大电路主要包括有：一信号电流输入缓冲电路3；一模拟电阻电路2及一放大电路4所组成，该信号电流缓冲电路3是由第一场效晶体管J1，第二场效晶体管J2及一电阻RJ所构成，其主要功能在于有效将信号电流Is传送到转阻放大器输入节点A，同时可隔离信号源可能存在的电容效应，以提升电路的频宽。

其中所述的第一场效应晶体管J1及电阻RJ形成一固定电流源，使第一场效应晶体管J1的源极S1电压固定，该源极S1电压并可提供固定第二场效应晶体管J2的间极G2电压，因而可隔离第二场效应晶体管J2的源极S2端的电容对第二场效应晶体管J2的漏极D2端的影响，此构成为一电流源架构，且本发明巧妙的利用第一场效应晶体管J1的漏极D1及第二场效应晶体管J2的源极S2的接点为信号电流输入点E，因而可获得具有高电流输入效率及提升电路频宽的功能。

而，模拟电路2的结构是由第一缓冲器U1电路获取转阻放大器输入节点A的电压，而第二缓冲器U2的输出则控制转阻放大器输入节点A经偏压电阻Rb后的电压，且第一缓冲器U1的输出经耦合电容C2后接第二缓冲器U2的输入，并以电容耦合方式形成一靴带式架构，当该模拟电阻电路工作于低频时，其耦合电容C2相当于断路状态，使电阻R1的一端B为固定电压Vb，因此从转阻放大器输入节点A看入的阻抗值为电阻R1，故其阻抗值会与电阻R1的值相同，其便可通过大量的背景直流电流，而工作于高频时，耦合电容相当于短路状态，电阻R1的一端B电压随转阻放大器输入节点A的电压而变，且电阻R1两端的电压差保持固定，因而对高频信号而言是为极高值的阻抗，故其阻抗值会变的非常大，因而提高信号耦合入转阻放大器4的效率，并且降低噪声输出电压，使该转阻放大电路能具备高电流电压转换增益及低噪声，以达到较高的灵敏度。

本发明所提供的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，与其他常用的技术相互比较时，更具有下列的优点：

1.由两场效应晶体管及一电阻所构成的信号电流输入缓冲电路，所述电路可以实现高电流输入效率及提升电路的频宽。

2.由一电阻、两组缓冲器、一耦合电容及一偏压电阻所构成的模拟电阻电路，所述电路在低频工作时，可通过大量的背景直流电流，而在高频工作时，便可提高信号耦合入转阻放大器的效率，并且降低噪声输出电压。

3.本发明在整体效应上，可大幅提升利用转阻放大电路来探测电流信号的灵敏度及放大率。

上述详细说明是针对本发明的一个优选实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，所述的放大电路包括：

一信号电流输入缓冲电路，所述的电路能有效地将信号电流传送到转阻放大器输入节点，同时隔离信号源可能存在的电容效应，以提升电路的频宽；

一模拟电阻电路，此电路工作于低频时，可通过大量的背景直流电流，而工作于高频时，可提升信号耦合效率及降低输出噪声的电压；以及

一放大电路，可用于放大信号；

其中输入信号电流源一端接地另一端连接于第二场效应晶体管J2源极，并且连接第一场效应晶体管J1漏极，第二场效应晶体管J2栅极连接于第一场效应晶体管J1源极与电阻RJ后接地，第二场效应晶体管J2漏极连接第一缓冲器的输入端、电阻R1与电容C1，第一缓冲器输出端交流耦合连接电容C2再连接第二缓冲器的输入端及提供直流偏压电阻Rb一端，第二缓冲器输出端连接电阻R1一端，电阻R1另一端回馈连接于第一缓冲器的输入端，并经由电容C1交流耦合至放大器负极输入端与电阻R2一端，而放大器正极输入端接地，利用电阻R2回馈至放大器输出端输出信号，形成宽频、高信号耦合效率、降低噪声、抗背景直流电流的转阻放大电路的电路。

2.根据权利要求1所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，其中电流输入缓冲电路第二场效应晶体管J2漏极连接增益为1的第一缓冲器的输入端、电阻R1与电容C1，第一缓冲器输出端连接电容器C2形成交流耦合再连接增益为1的第二缓冲器的输入端及提供直流偏压电阻Rb一端，第二缓冲器输出端连接电阻R1一端，电阻R1另一端回馈连接于第一缓冲器的输入端形成模拟电阻。

3.根据权利要求2所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，其中所述的第一场效应晶体管J1及电阻RJ串联构成一电流源。

4.根据权利要求2所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声、隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，其中第二场效应晶体管J2源极连接第一场效应晶体管J1漏极，其栅极连接于第一场效应晶体管J1源极与电阻RJ后接地，其漏极连接第一缓冲器的输入端、电阻R1与电容C1，此第二场效应晶体管J2是以共栅极电路架构，作为电流缓冲器也就是具有输入抗组与高输出抗组特性，形成电流缓冲电路架构，因此第二场效应晶体管J2可以有效地隔离信号源存在的等效电容值进而提示电路频宽。

5.根据权利要求3所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，所述第一场效应晶体管J1漏极连接于第二场效应晶体管J2源极的接点为信号电流输入点。

6.根据权利要求1所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，其中所述的模拟电阻电路是由一电阻R1；一耦合电容C2；一偏压电阻Rb；第一缓冲器U1及第二缓冲器U2所构成。

7.根据权利要求6所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，其中所述的模拟电阻电路的结构是由第一缓冲器U1电路获取转阻放大器输入节点电压，而另一第二缓冲器U2的输出则控制转阻放大器输入节点A经偏压电阻Rb后的电压，而第一缓冲器U1的输出是经耦合电容C2后连接第二缓冲器U2的输入。

8.根据权利要求6所述的宽频、高信号耦合效率、低噪声和隔离背景直流电流的转阻放大电路，其特征在于，其中所述的模拟电阻电路中包含两组缓冲器：第一缓冲器U1及第二缓冲器U2，其以电容耦合方式而形成一靴带式架构。

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