跨阻放大器的輸入阻抗：無(wú)窮大還是為零？ 究竟是多少？

跨阻放大器(TIA)的輸入阻抗是多少呢?無(wú)窮大還是零呢?都不是，究竟是多少?沒(méi)有事物是絕對為零或絕對無(wú)窮大的，對嗎?即使你沒(méi)有用過(guò)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。對于理想運放，有無(wú)窮大的開(kāi)環(huán)增益和帶寬，輸入阻抗為零。運放的反饋回路使得V1保持虛地，得到一個(gè)零輸入電阻。類(lèi)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該為零。

我們仍然假設運放工作在理想條件下，但實(shí)際上運放的增益帶寬積是有限的，我們應該思考其輸入阻抗Z是多少?一些推論和8階的代數式揭示出一個(gè)有趣的結果。圖2是OPA314 的開(kāi)環(huán)增益隨頻率變化的曲線(xiàn)。對于今天的大多數運放，在一個(gè)較寬的頻率范圍內------超過(guò)通用器件的50倍，開(kāi)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?xún)鹊娜魏晤l率下，其增益接近3MHz/f。

在黃色方框內標出的因子揭示了結果。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(zhù)什么呢?它感覺(jué)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，輸入端可以視為一個(gè)電感負載。在大多數應用中，我們希望這個(gè)電感越小越好。RF通常是根據跨阻增益而定，所以更高的增益帶寬積是減小這個(gè)電感的唯一方法。將這種方法應用于實(shí)際，你可能會(huì )從光電二極管或者電流轉換電路中獲得更多的洞察力。

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

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

當然，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動(dòng)運放，運放將變得遲緩，且V1的電壓降會(huì )增加，而且這種模型是假設運放的開(kāi)環(huán)響應以簡(jiǎn)單的-20dB/10倍頻斜率下降。許多運放可能在開(kāi)環(huán)響應曲線(xiàn)上存在不平坦，這會(huì )給增益等于GBP/f模型帶來(lái)影響。