Schaltungstechnik

348 5 Funktionsschaltungen mit Bipolartransistoren
5.5.2 Optischer Empfänger
Gemäß dem in Kap. 2 vorgestellten optischen Empfänger soll nunmehr eine konkrete
Schaltung dimensioniert und analysiert werden. Eine Variante eines optischen
Empfängers besteht aus einem Transimpedanzverstärker. Die Schaltungsanordnung
wurde bereits bei der Arbeitspunkteinstellung im vorigen Abschnitt behandelt
(Bild 5.2-14). Nach der dort durchgeführten DC-Analyse soll nun eine AC-
Analyse der Schaltung vorgenommen werden. Der Schaltung liegt das in Bild 5.5-
4 skizzierte AC-Ersatzschaltbild zugrunde. Die Photodiode arbeitet als eine von
der einfallenden Lichtleistung gesteuerte Stromquelle. Der Strom der Stromquelle
sei proportional der einfallenden Lichtleistung. Im ermittelten Arbeitspunkt ergibt
sich die skizzierte Ersatzanordnung mit der angegebenen Steilheit der Einzeltransistoren.
Die Kapazität C am äußeren Emitterwiderstand von Q1 möge den Widerstand
von 500 im betrachteten Frequenzbereich kurzschließen. Die innere
Verstärkung von Knoten 1 nach Knoten 3 erhält man aus:
v41 = gmQ1 RC1 = 330; v34 = 1; v31 = 330;
(5.5-2)
Wegen der Transimpedanzbeziehung ist der Eingangswiderstand von RF an Knoten
1, wirksam gegen Masse:
RF 1+ v31 = 12;
(5.5-3)
P L
I F
12
1
RC1
D1 2,2k
1k
Q1 70k
4
RC2
1,6k
Q2 C 1
500
RF
Bild 5.5-4: AC-Ersatzschaltbild des optischen Empfängers
4k
RE2
800
Die niederohmige Impedanz von RF
1+ v31 führt dazu, dass der Photostrom IF über RF fließt und dort die Ausgangsspannung bei genügend großer Verstärkung
des Geradeausverstärkers bildet. Für den optischen Empfänger erhält man demnach
das in Bild 5.5-5 skizzierte Makromodell mit dem Verstärker vom Eingang
(Knoten 1) zum Ausgangsknoten 3, der Rückkopplung mit RF und der Ansteuerung
mit der als Stromquelle arbeitenden Photodiode.
2
3
gmQ1 gmQ2 = -------------
1
67
= -------------
1
75
800 4k = 670