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跨阻放大器的選擇和應(yīng)用
跨阻放大器的選擇和應(yīng)用
運(yùn)算放大器有許多不同的實(shí)現(xiàn)方式，每種實(shí)現(xiàn)都有自己的專用名稱。特別是，電流到電壓的轉(zhuǎn)換看起來很簡(jiǎn)單，就像需要使用電阻器和歐姆定律一樣。但是，實(shí)際情況要比與負(fù)載并聯(lián)使用電阻器復(fù)雜得多。
跨阻放大器恰好提供了此功能，這使得可以從光電二極管或收發(fā)器之類的設(shè)備中讀出電流作為電壓，然后可以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。盡管您可能會(huì)用另一種類型的放大器和一些外部組件執(zhí)行類似的操作，但是當(dāng)您使用跨阻放大器IC時(shí)，您可以節(jié)省電路板上的空間并使用某些其他功能。這是您的下一個(gè)系統(tǒng)的一些選項(xiàng)。
什么是跨阻放大器？
在我年輕的時(shí)候，令我困惑的一件事就是使各種放大器與眾不同的原因。如果您查看跨阻放大器的電路圖，它看起來非常類似于具有負(fù)反饋的運(yùn)算放大器電路。那么，它與運(yùn)算放大器有何不同？答案是：您可以從運(yùn)算放大器構(gòu)建跨阻放大器；區(qū)別在于輸入到放大電路的信號(hào)以及電路中反饋的工作方式。
與其討論跨阻放大器所涉及的所有理論，不如說是，您可以使用跨阻放大器將輸入電流轉(zhuǎn)換為電壓。這在許多應(yīng)用程序中很重要，例如：
光電二極管和光學(xué)設(shè)備：這些組件輸出電流，但是需要使用ADC將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。跨阻放大器級(jí)在將該電流輸入到ADC之前將其轉(zhuǎn)換為電壓。一個(gè)即將到來的領(lǐng)域是用于自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)系統(tǒng)。
低功率模擬傳感器：來自壓力傳感器，加速計(jì)和其他輸出電流的組件的信號(hào)可以轉(zhuǎn)換為電壓，然后饋送到ADC。
射頻設(shè)備：電信和科學(xué)應(yīng)用利用在微波頻率下工作的跨阻放大器。
如果要針對(duì)這些應(yīng)用之一進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以選擇跨阻放大器IC，而不是使用運(yùn)算放大器IC并將其配置為跨阻放大器。這些IC已針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，并包括其他可能難以使用分立元件設(shè)計(jì)的功能。
重要規(guī)格
一些重要的互阻放大器規(guī)格如下：
傳輸阻抗。這等效于放大器的增益。傳輸阻抗乘以輸入電流即為輸出電壓。
跨阻帶寬。在線性范圍內(nèi)工作時(shí)，所有互阻放大器均具有低通傳遞功能。許多實(shí)際應(yīng)用都處理數(shù)字或脈沖電流，并且脈沖的帶寬不應(yīng)超過放大器的輸入帶寬。該規(guī)范與單位增益帶寬具有相同的含義，即，增加帶寬需要降低增益。
線性范圍。像任何其他運(yùn)算放大器一樣，當(dāng)輸入信號(hào)很大時(shí)，跨阻放大器IC可能會(huì)飽和。范圍可以指定為上限或下限，以及一些動(dòng)態(tài)范圍（以dB為單位）。
賠償。這對(duì)于用于光電二極管感測(cè)的組件或具有寄生電容的任何其他組件很重要。由于光電二極管電路模型中的寄生電容，因此跨阻放大器的傳遞函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生諧振。這可以在增益與輸入頻率曲線圖中看到，其中對(duì)于源組件的寄生電容的不同值，將出現(xiàn)不同的曲線。具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)姆糯笃髟试S使用寄生電容更高的源組件。
參考的RMS電流噪聲。這將告訴您閉環(huán)操作中的RMS噪聲功率譜密度（以電流計(jì)）。這將是負(fù)反饋環(huán)路中增益的函數(shù)。高質(zhì)量組件的RMS電流約為1-10 pA /√Hz，對(duì)于增益為10,000的100 MHz帶寬，輸出信號(hào)上的噪聲為1-10 mV。
設(shè)計(jì)用于激光雷達(dá)接收機(jī)和涉及電流脈沖的相關(guān)應(yīng)用中的光程測(cè)量。該元件的傳輸阻抗是引腳可選的（25和50 kOhm），具有非常低的噪聲（2.1 pA /√Hz功率譜密度），這使得該元件非常適合具有低抖動(dòng)的快速脈沖電流測(cè)量。它還包括一個(gè)內(nèi)部多路復(fù)用器，帶寬額定高達(dá)440 MHz，可以輕松支持10 ns的電流脈沖。
LMH32401IRGTT
由于其差分輸出，德州儀器（TI）的LMH32401IRGTT非常適合在嘈雜的環(huán)境中運(yùn)行。輸出增益具有2個(gè)設(shè)置，同時(shí)仍提供高增益帶寬乘積（在20 kOhm時(shí)額定高達(dá)275 MHz，在2 kOhm時(shí)額定為450 MHz）。該組件的理想應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)視覺，機(jī)械掃描的激光雷達(dá)，飛行時(shí)間位置測(cè)量以及涉及脈沖電流源的相關(guān)應(yīng)用。
對(duì)于電光測(cè)量應(yīng)用，該跨阻放大器包括集成的環(huán)境光消除電路和100 mA電流鉗位電路，以抑制瞬變。在較高的增益設(shè)置下，該組件可以感應(yīng)短至800 ps的電流脈沖。在全帶寬下，輸入噪聲也以49 nA RMS為基準(zhǔn)，從而為電流測(cè)量提供了寬動(dòng)態(tài)范圍。
