電流-電圧変換回路について。

質問

オペアンプを用いた電流-電圧変換回路(トランスインピーダンスアンプ)において、下図のように帰還抵抗と並列にコンデンサが入っている回路図を見かけます。この帰還コンデンサは発振防止に入っているみたいでした。

(1)この帰還コンデンサは発振防止以外に入れる目的はありますか？
(2)この帰還コンデンサは必ず入れたほうが良いのでしょうか？
(3)入れなかった場合、発振が起こる条件などは求めれるものでしょうか？
(4)逆に帰還コンデンサを入れた場合(下図の回路)、電流-電圧変換の性能は変わってくるのでしょうか？(例えば、矩形波的に変化する電流を電圧変換する際に、電流が変わる時の出力電圧の立ち上がり(立ち下がり)が遅くなるなど。)

(5)帰還コンデンサが入っていない場合で、電流が０から１に変化した時の出力電圧の変化(立ち上がり)はオペアンプのスルーレートだけで決まると考えてよいのでしょうか？
（(4)の"例えば..."と同じ状況）

[補足]
フォトダイードの電流信号を電圧に変換しようと考えています。

わかりにくい説明で申し訳ありませんが、ご回答よろしくお願いします。

回答No.3

bogen555

(A)トランスインピーダンスアンプの-3dB周波数ｆｃはどのように求めたらよいのでしょうか？

まず伝達関数を求めて計算します。
簡単には紹介した
「トランスインピーダンス・アンプの直感的な補償方法」
の式(6)からfp≒fcとすれば、概略値が求まります。

(B)また、トランスインピーダンスアンプの-3dB周波数ｆｃで決まる立ち上がり時間はどのように求めれるのでしょうか？

正確に計算するには、伝達関数をラプラス変数sの関数とし、ステップ関数（1/s）を入力としてs領域での応答を求め、逆ラプラス変換すれば時間領域での応答が求まるからOKです。
制御工学と過渡現象論（ラプラス変換）の教科書を見ながらやれば、時間はかかるけど難易度は低いはずです。
概略値trsは、上記で求めたfcから、trs≒0.35/fcとなります。
これとスルーレートを比較して（もちろん単位を揃えて）小さい方が実際の立ち上がり時間です。

回答No.2

bogen555

トランスインピーダンスアンプについては、この技術資料がわかりやすいです。
「トランス・インピーダンス・アンプ設計の基礎」
http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja098/jaja098.pdf

出力電圧の変化(立ち上がり)はオペアンプのスルーレートと、トランスインピーダンスアンプの-3dB周波数ｆｃで決まる立ち上がり時間のどちらか遅い方になります。
上の資料を書いた川田先生のｈｐに解説があります。
http://www.f3.dion.ne.jp/~a-kawata/note/oscillo/oscillo.html
帰還抵抗と並列にいれるコンデンサによっては、上記ｈｐの値からは少し変わります。

TIの技術資料には、こんなのもあります。
「トランスインピーダンス・アンプの直感的な補償方法」
http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja201/jaja201.pdf

補足

ご回答ありがとうございます。

出力電圧の変化(立ち上がり)の回答についてですが、
(A)トランスインピーダンスアンプの-3dB周波数ｆｃはどのように求めたらよいのでしょうか？（求める計算式など教えていただけるとありがたいです。）
(B)また、トランスインピーダンスアンプの-3dB周波数ｆｃで決まる立ち上がり時間はどのように求めれるのでしょうか？（具体的な計算式など教えていただけるとありがたいです。）

よろしくお願いします。

回答No.1

TT414

≻(1)この帰還コンデンサは発振防止以外に入れる目的はありますか？
あります、平滑化、ノイズ除去などの目的で入れることがあります。