設計目標

設計の説明

このトランスインピーダンス オペアンプ回路構成は、入力電流ソースを出力電圧に変換します。電流から電圧へのゲインは、帰還抵抗に基づきます。この回路は、入力電流が変化しても、入力ソースで一定の電圧バイアスを維持することができるため、多くのセンサで利点があります。

デザイン ノート

1. DC誤差を減らすため、バイアス電流の小さいJFETまたはCMOS入力のオペアンプを使用してください。
2. 0A の入力電流に対する出力電圧を設定するため、非反転入力にバイアス電圧を追加できます。
3. 非線形誤差を最小限に抑えるため、リニア出力電圧スイングの範囲内 (A_ol 仕様を参照) で使用してください。

設計手順

1. ゲイン抵抗を選択します。
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{5\mathrm{V}-0\mathrm{V}}{50\mathrm{\mu A}}=100\mathrm{k\Omega }$
2. 回路の帯域幅を満たすよう、帰還コンデンサを選択します。
   ${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}}$
   ${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{k\Omega }\times 10\mathrm{kHz}}\le 159\mathrm{pF}\approx 150\mathrm{pF}\text{ (Standard Value)}$
3. 回路が安定するために必要な、オペアンプのゲイン帯域幅(GBW)を計算します。
   $\mathrm{GBW}>\frac{{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}+{\mathrm{C}}_1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {{\mathrm{C}}_1}^2}>\frac{6\mathrm{pF}+150\mathrm{pF}}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{k\Omega }\times {\left(150\mathrm{pF}\right)}^2}>11.03\mathrm{kHz}$
   $\begin{array}{l}\text{where }{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}={\mathrm{C}}_{\mathrm{s}}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{d}}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{cm}}=0\mathrm{pF}+3\mathrm{pF}+3\mathrm{pF}=6\mathrm{pF}\text{ given }\end{array}$
   • C_S：入力ソース容量
   • C_d：アンプの差動入力容量
   • C_cm：反転入力の同相入力容量

設計シミュレーション

DC シミュレーション結果

AC シミュレーション結果

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツ、『トランスインピーダンス アンプのシミュレーション』、SBOC501 SPICE シミュレーション ファイル

テキサス・インスツルメンツ、『1MHz、単一電源、フォトダイオード アンプ』、TIPD176 リファレンス デザイン

設計に使用されているオペアンプ

設計の代替オペアンプ