跨阻放大器（TIA）的輸入阻抗是多少

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作者: TI專家Bruce Trump

翻譯: TI信號鏈工程師 Rickey Xiong (熊堯)

跨阻放大器（TIA）的輸入阻抗是多少呢？無窮大還是零呢？都不是，究竟是多少？沒有事物是絕對為零或絕對無窮大的，對嗎？即使你沒有用過TIA， TIA輸入阻抗的值會(huì)讓你驚訝，值得你去理解。畢竟，一個(gè)反向放大器就是一個(gè)有輸入電阻的TIA ，對嗎？

TIA將一個(gè)電流信號轉(zhuǎn)換成電壓，并且經(jīng)常用于測量弱電流，如圖1所示。對于理想運(yùn)放，有無窮大的開環(huán)增益和帶寬，輸入阻抗為零。運(yùn)放的反饋回路使得V1保持虛地，得到一個(gè)零輸入電阻。類似一個(gè)電流表，一個(gè)理想的電流測量電路的輸入阻抗應(yīng)該為零。

我們?nèi)匀患僭O(shè)運(yùn)放工作在理想條件下，但實(shí)際上運(yùn)放的增益帶寬積是有限的，我們應(yīng)該思考其輸入阻抗Z是多少？一些推論和8階的代數(shù)式揭示出一個(gè)有趣的結(jié)果。圖2是OPA314的開環(huán)增益隨頻率變化的曲線。對于今天的大多數(shù)運(yùn)放，在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)------超過通用器件的50倍，開環(huán)增益以一個(gè)恒定的斜率 -20dB/10倍頻下降。它的增益帶寬積是3MHz，所以在這個(gè)范圍以內(nèi)的任何頻率下，其增益接近3MHz/f。

在黃色方框內(nèi)標(biāo)出的因子揭示了結(jié)果。Z和Rf，f成正比，和增益帶寬積成反比。但是，Z和f成正比意味著什么呢？它感覺更像一個(gè)基本的電路元件------電感。一個(gè)電感的阻抗是 ，所以我們可以將TIA的輸入端等效為一個(gè)電感。

這非常巧，是嗎？也許你之前已經(jīng)知道了這一點(diǎn)。在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，輸入端可以視為一個(gè)電感負(fù)載。在大多數(shù)應(yīng)用中，我們希望這個(gè)電感越小越好。RF通常是根據(jù)跨阻增益而定，所以更高的增益帶寬積是減小這個(gè)電感的唯一方法。將這種方法應(yīng)用于實(shí)際，你可能會(huì)從光電二極管或者電流轉(zhuǎn)換電路中獲得更多的洞察力。

沒有更多新的東西在這里。各種使用運(yùn)放合成的電感電路已經(jīng)存在了很長一段時(shí)間，但是你可能沒有將它和TIA或者反向放大器聯(lián)系起來。建立這種聯(lián)系會(huì)帶來更深層次的思考和創(chuàng)造力。

更重要的是對運(yùn)放輸入電壓的觀察。假設(shè)在無窮大的開環(huán)增益條件下，我們經(jīng)常希望運(yùn)放的差模輸入電壓為0。但是，在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，一定不是這樣的。增益帶寬積、頻率和輸出電壓之間的簡單關(guān)系提供了一種簡單的理解輸入電壓如何隨著頻率變化的方法。

當(dāng)然，有許多限制條件：這是一個(gè)小信號分析。如果你使用足夠大的信號幅度和頻率驅(qū)動(dòng)運(yùn)放，運(yùn)放將變得遲緩，且V1的電壓降會(huì)增加，而且這種模型是假設(shè)運(yùn)放的開環(huán)響應(yīng)以簡單的-20dB/10倍頻斜率下降。許多運(yùn)放可能在開環(huán)響應(yīng)曲線上存在不平坦，這會(huì)給增益等于GBP/f模型帶來影響。

一個(gè)額外的練習(xí)：我們能否改善電感模型，加入有限的DC開環(huán)增益影響？

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閱讀原文，請參見:http://e2e.ti.com/blogs_/b/thesignal/archive/2012/10/08/tia-input-z-infinite-or-zero-what-is-it-really.aspx

編輯：jq