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跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?

2020-03-27 Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?
跨阻放大器(TIA)的输入阻抗是多少呢?无穷大还是零呢?都不是,究竟是多少?

跨阻放大器(TIA)的输入阻抗是多少呢?无穷大还是零呢?都不是,究竟是多少?没有事物是绝对为零或绝对无穷大的,对吗?即使你没有用过TIA, TIA输入阻抗的值会让你惊讶,值得你去理解。毕竟,一个反向放大器就是一个有输入电阻的TIA ,对吗?dNvednc

TIA将一个电流信号转换成电压,并且经常用于测量弱电流,如图1所示。对于理想运放,有无穷大的开环增益和带宽,输入阻抗为零。运放的反馈回路使得V1保持虚地,得到一个零输入电阻。类似一个电流表,一个理想的电流测量电路的输入阻抗应该为零。dNvednc

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我们仍然假设运放工作在理想条件下,但实际上运放的增益带宽积是有限的,我们应该思考其输入阻抗Z是多少?一些推论和8阶的代数式揭示出一个有趣的结果。图2是OPA314的开环增益随频率变化的曲线。对于今天的大多数运放,在一个较宽的频率范围内------超过通用器件的50倍,开环增益以一个恒定的斜率 -20dB/10倍频下降。它的增益带宽积是3MHz,所以在这个范围以内的任何频率下,其增益接近3MHz/f。dNvednc

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在黄色方框内标出的因子揭示了结果。Z和Rf,f成正比,和增益带宽积成反比。但是,Z和f成正比意味着什么呢?它感觉更像一个基本的电路元件------电感。一个电感的阻抗是 ,所以我们可以将TIA的输入端等效为一个电感。dNvednc

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这非常巧,是吗?也许你之前已经知道了这一点。在一个较宽的频率范围内,输入端可以视为一个电感负载。在大多数应用中,我们希望这个电感越小越好。RF通常是根据跨阻增益而定,所以更高的增益带宽积是减小这个电感的唯一方法。将这种方法应用于实际,你可能会从光电二极管或者电流转换电路中获得更多的洞察力。dNvednc

没有更多新的东西在这里。各种使用运放合成的电感电路已经存在了很长一段时间,但是你可能没有将它和TIA或者反向放大器联系起来。建立这种联系会带来更深层次的思考和创造力。dNvednc

更重要的是对运放输入电压的观察。假设在无穷大的开环增益条件下,我们经常希望运放的差模输入电压为0。但是,在一个较宽的频率范围内,一定不是这样的。增益带宽积、频率和输出电压之间的简单关系提供了一种简单的理解输入电压如何随着频率变化的方法。dNvednc

当然,有许多限制条件:这是一个小信号分析。如果你使用足够大的信号幅度和频率驱动运放,运放将变得迟缓,且V1的电压降会增加,而且这种模型是假设运放的开环响应以简单的-20dB/10倍频斜率下降。许多运放可能在开环响应曲线上存在不平坦,这会给增益等于GBP/f模型带来影响。dNvednc

一个额外的练习:我们能否改善电感模型,加入有限的DC开环增益影响?dNvednc

阅读原文,请访问:edn.comdNvednc

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器dNvednc

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