TIA 输入阻抗：无穷大……还是零？到底多大？ 放大器, 测量, 带宽

海洋狂吻

跨阻抗放大器（TIA）的输入阻抗有多大？？零？都不是，那到底多大呢？没有什么东西是真正为零或者无限的，对吧？这个问题的答案可能会让你吃惊—值得我们探究，即使你不使用TIA也是如此。毕竟，一个反向放大器只是一个带输入电阻器的TIA，是这样吧？



跨阻抗放大器把输入电流转换为电压，常常用于测量小电流，如图1所示。使用一个理想的运算放大器，并且增益和带宽为无限时，TIA的输入阻抗为零。运算放大器的反馈将V1维持在“虚拟接地”，从而形成零阻抗。像一个安培计一样，理想的电流测量电路应有零阻抗。


我们仍然致力于理想的运算放大器，那么有限增益带宽积的输入Z为多大呢？一些推理和8级代数显示出一个有趣的结果。


图2显示了OPA314的开环增益对比频率的情况。同今天大多数运算放大器一样，在一个宽频率范围，增益遵循恒定-20dB/十斜率（这种通用器件超过五十）。它的增益带宽为3MHz，因此该范围任何频率下的增益都约为3MHz/f。

操作这些我们知道的因数（如黄色方框所示）得到结果。Z与RF和频率成正比例关系，与GBP成反比例关系。但是，注意，Z与频率成什么比例关系呢？它感觉就像是一个基本电路元件—电感器。电感器的阻抗为2πfL，因此我们可以计算得到TIA的等效输入电感。




了不起，是吧？或者，你可能已经知道它了。在一个宽频率范围，输入源把一个简易电感看作是负载。在大多数应用中，我们都希望该电感尽可能地低。RF一般由要求的跨阻抗增益决定，这让高运算放大器GBP成为降低这种电感的唯一方法。注意观察，可以更深入地了解光电二极管或者电流变压器电路（常与TIA一起使用）的表现。



这些东西，没有什么新鲜的。使用放大器的各种合成电感电路已经出现很长一段时间了，但是你可能并没有把它与TIA或者反向放大器联系在一起。更加深入的理解和创造性，常常来自于把这些事物联系到一起。



最重要的是，观察运算放大器的输入电压。我们经常希望把运算放大器的不同输入电压想成是零—无限增益假设。但在一个宽频率范围，它的确不为零。GBP、频率和输出电压的简单关系，为我们提供了一种简单的方法，用于理解输入电压如何随频率而变化。



现在，附加条件是：这是一个小信号分析。如果你通过足够大、足够高的频率来驱动运算放大器，则运算放大器会回转，并且V1的电压会上升。这种模型假设运算放大器开环响应只为-20dB/十转降。一些运算放大器可能会出现开环响应抽动，其会对简单的增益= GBP/f模型产生轻微影响。