什么是跨阻放大器（Transimpedance Amplifier）？
发布时间：2023-02-10 11:02:13 阅读数： 520
什么是跨阻抗放大器？
跨阻抗放大器是一个有源电流-电压转换器，将输入电流转换为比例输出电压。它使用有源电子元件，如运算放大器（Op-Amp）、双极结晶体管（BJT）、MOSFET等进行这种转换，并确保各种输入电流水平的比例放大的电压转换。
使用一个简单的电阻电路可以很容易地将输入电流转换为电压，因为流过它的电流会在电阻上产生一个按比例的电压降，这取决于它的电阻。但是，如果输入的电流来自某些元件，如含有固有电容的光电二极管，那么这个电路将无法将输入电流转换为相应的输出电压。电容的存在与电阻的结合将使该电路成为一个RC振荡器。对于一个小的负载电阻，放大器产生的增益将更小，因为时间常数（=电阻x电容）将很小。同样地，如果负载电阻增加，将产生不均匀的增益。这将导致在很大的输入电流范围内，信噪比和线性比例不足。因此，在具有先进电子和光子元件的各种电路中，首选跨阻抗放大器来进行电流-电压转换或输入电流测量。
一个跨阻放大器电路通常包含一个没有输入电阻的反相放大器配置的运算放大器。在这个电路中，反馈电阻连接在输出端（Vout）和反相端（V2）之间，而非反相端（V1）被接地。对于一个运算放大器的简单分析，有两条规则很重要。
由于高输入阻抗，没有电流流入输入端。
输入端之间的电压差为空或VDIFF = V1 - V2 = 0。
由于非反相终端接地，两个输入端的电位被设置为零，即V1 = V2 = 0，这被称为虚拟地球。当输入电流'i'通过输入电阻加到反相端时，输出电压可以用等效电路计算，如下图所示。
在这里，到达虚地的电流不能流入OpAmp，因此通过了反馈电阻。因此，输出放电压可以计算为
V2 – Vout = i*RF
即 Vout = - i*RF
在这里，电流到输出电压转换的增益取决于反馈电阻，并且使用所使用的运算放大器在很大的电流输入范围内都是稳定的。负号表示输出信号的反转，即输入和输出信号将离相π。
如果将光子检测元件的电流输出作为反相终端的输入，则在输出端获得180度的非相位放大电压，Vout = - Is * Rf。
用于敏感光检测仪器的跨阻抗放大器
跨阻抗放大器被广泛用于为光测量而设计的系统中。像光谱仪这样的科学仪器使用光电二极管来准确测量每个波长的光，从而识别样品中的组成成分或分子。当入射光线与它们相互作用时，这些样品会有不同范围的吸收、反射、透射等，因此光电二极管会在不同的电流水平上产生电流输出。为了使测量的电压输出与这些探测器产生的电流呈线性关系，跨阻放大器是必不可少的。另外，可以采用多级的这些放大器。
跨阻抗放大器可用于处理各种元件的电流输出，如压力传感器、光电二极管、加速度计等，以获得有用的输出电压信号。它们对光通信、高级驾驶辅助系统和自动驾驶汽车也很有用。
