跨阻放大器输入阻抗计算

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光二极管差分跨阻放大器_概述及解释说明

光二极管差分跨阻放大器_概述及解释说明

光二极管差分跨阻放大器概述及解释说明1. 引言1.1 概述光二极管差分跨阻放大器是一种广泛应用于电子学领域的放大器。

该器件利用光二极管的特性实现信号的差分输入和放大,通过跨阻网络进行信号传递和放大。

这种放大器具有高增益、低噪声以及较高的线性度等优点,在许多领域中得到广泛应用。

本文将详细介绍光二极管差分跨阻放大器的原理、工作原理、设计要点和参数选择以及实验验证与结果分析等内容。

通过对该放大器的深入研究,我们可以更好地了解其特性和应用场景,并为进一步研究和改进提供参考。

1.2 文章结构本文共分为五个部分,各部分内容安排如下:第一部分为引言,主要介绍光二极管差分跨阻放大器的概述、文章结构以及研究目的。

第二部分将详细介绍光二极管差分跨阻放大器的原理和工作原理。

通过对其内部电路结构和信号处理机制的解释,帮助读者全面了解该放大器的工作方式。

第三部分将重点介绍设计要点和参数选择。

包括光二极管的选择和特性考虑,差分放大器的设计要点与电路配置选择,以及跨阻网络设计与参数计算方法等内容。

第四部分将进行实验验证与结果分析。

主要介绍实验设备和操作步骤,并收集并分析实验结果数据。

通过对结果进行验证和讨论,可以更加客观地评估该放大器的性能表现。

最后一部分为结论与展望,总结全文并对未来研究方向进行展望。

同时也描述研究中存在的局限性和改进建议,以期为该放大器的进一步应用和改进提供指导。

1.3 目的本文旨在对光二极管差分跨阻放大器进行全面解读和说明。

通过详细介绍其原理、工作原理、设计要点和参数选择以及实验验证与结果分析等方面内容,旨在帮助读者深入了解该放大器的工作机制、性能特点以及应用场景。

另外,本文也可为相关领域的研究者提供参考,并对未来研究方向提出展望和建议。

2. 光二极管差分跨阻放大器:2.1 原理介绍:光二极管差分跨阻放大器是一种利用光二极管的特性进行信号放大的电路。

光二极管是一种将光信号转换为电信号的装置,它利用反向偏置电压使得在正常工作模式下,当有光照射到光二极管上时,会产生正向电流。

运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计

运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计

运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:运算放大器是一种常见的电子元件,用于放大电压信号。

它具有高输入阻抗、低输出阻抗、无论输入信号大小如何都保持固定的放大倍数等特点,因此被广泛应用在各种电路中。

在设计电路时,我们经常需要计算运算放大器的可用输出摆幅范围,以确保信号能够正常放大并输出。

本文将介绍如何计算运算放大器的可用输出摆幅范围,并结合跨阻放大器的设计原理,为读者详细解析如何设计一个跨阻放大器。

让我们来了解一下运算放大器的可用输出摆幅范围的计算方法。

在实际电路中,运算放大器有一个工作范围,超出这个范围就会导致输出失真或截断。

可用输出摆幅范围指的是在输入信号范围内,输出能够正常工作的幅度范围。

一般来说,运算放大器的输出摆幅范围取决于供电电压和输入信号的幅度。

在理想情况下,运算放大器的输出范围可以达到供电电压的极限值。

如果供电电压为+10V和-10V,那么理想情况下运算放大器的输出范围为+10V到-10V。

但是在实际应用中,由于运算放大器内部的饱和效应、风险电平等因素的影响,实际的输出摆幅通常小于供电电压的极限值。

我们需要通过计算来确定具体的可用输出摆幅范围。

一般来说,可以通过运算放大器的数据手册来查找具体的参数,比如输入失真电压、输出摆幅等。

根据这些参数,可以利用以下公式来计算运算放大器的可用输出摆幅范围:可用输出摆幅范围= Vcc - VsatVcc为正供电电压,Vsat为输出饱和电压。

通常情况下,Vsat的值在数据手册中可以查到,一般为几毫伏。

还需要考虑输出负载的影响。

输出负载的存在会导致输出电压下降,从而影响运算放大器的可用输出摆幅范围。

在实际设计中,还需要考虑输出负载的大小,以确保输出电压不会受到明显的影响。

接下来我们将结合跨阻放大器的设计原理,来详细介绍如何设计一个跨阻放大器。

跨阻放大器是一种常见的放大电路,通过改变输入电阻的方式来实现放大功能。

放大器输出阻抗的参数计算与仿真

放大器输出阻抗的参数计算与仿真

放大器输出阻抗的参数计算与仿真真实放大器内部存在开环输出阻抗,它会在滤波器、容性负载驱动等应用电路中,影响电路性能或者稳定性。

数据手册中多提供闭环输出阻抗,本篇将结合仿真,分析开环输出阻抗的求解方式。

1 开环输出阻抗与闭环输出电阻区别放大器的输出阻抗包括开环输出阻抗Zo与闭环输出阻抗Zo ut。

开环输出阻抗是串联在放大器内部第二级(放大级)之后与放大器的输出引脚之间的阻抗,如图 2.153。

图 2.153 放大器输出阻抗直流特征示意图当放大器的输出连接负载电容,反馈电容、或者输出杂散电容过大时,开环输出阻抗与这些电容共同作用会导致信号失真,甚至影响放大器的稳定性。

由于放大器开环增益很大,导致开环输出阻抗的测量不容易实现。

所以,引入闭环输出阻抗的概念。

它定义为放大器在指定闭环增益、指定频率时,输出电压V o u t与输出电流Io u t的比值。

如图1.154,在1MH z频率处,闭环增益为+1倍时,AD A4625闭环输出阻抗为2Ω。

闭环增益为+10倍时,A DA4625的闭环输出阻抗为18Ω。

闭环增益为+100倍时,ADA4625的闭环输出阻抗为29Ω。

图 2.154 A DA4625闭环输出阻抗2 开环输出阻抗计算与仿真如图2.153电路中反馈系数,如式2-86。

放大器内部第二级输出电压,如式2-87。

输入信号,如式2-88。

包含开环输出阻抗参数的输出电压,如式2-89。

根据定义闭环输出阻抗函数,如式2-90。

将式2-86至式2-89代入式2-90,得到开环输出阻抗与闭环输出阻抗关系如式2-91。

整理得到开环输出阻抗,如式2-92。

可见,开环输出阻抗为闭环输出阻抗的1+Av oβ倍。

使用ADA4625-1实现电路,闭环增益为1,在1MH z时闭环输出阻抗为2Ω。

如图2.155为A DA4625数据手册开环增益与频率曲线,1MH z处开环增益大约为23dB(14.12倍),代入式2-92计算开环输出阻抗为:图 2.155 A DA4625-1开环增益与频率曲线这种计算输出阻抗的误差主要在1MH z处对,开环增益的估计读数误差。

增益与阻抗计算

增益与阻抗计算

增益与阻抗计算增益与阻抗计算是电子电路设计中非常重要的一个环节,它涉及到电路的性能特征和稳定性。

在设计放大器、滤波器、功率放大器等电路时,需要准确计算电路的增益和阻抗,以确保电路能够正常工作并达到设计要求。

首先,我们来看看增益的计算。

在电子电路中,增益通常指的是电路的电压增益或电流增益。

电压增益是指电路的输出电压与输入电压之比,通常用单位分贝(dB)来表示。

电流增益是指电路的输出电流与输入电流之比。

增益的计算可以通过电路的输入输出特性曲线或者电路的传输函数来实现。

对于放大器电路,增益的计算是比较简单的,可以直接根据电路的电压放大倍数或者电流放大倍数来计算。

例如,对于一个电压放大倍数为10的放大器电路,其电压增益为20dB(20*log(10))。

接着,我们来看看阻抗的计算。

阻抗是电路对电压和电流的阻碍程度,通常用欧姆(Ω)来表示。

电路的阻抗可以分为输入阻抗和输出阻抗,分别指电路的输入端和输出端的阻抗。

阻抗的计算可以通过电路的电压电流关系来实现。

对于电路的输入阻抗,可以通过电路的输入电压和输入电流的比值来计算。

输入阻抗的计算对于电路的输入信号的匹配和传输至关重要。

对于电路的输出阻抗,可以通过电路的输出电压和输出电流的比值来计算。

输出阻抗的计算对于电路的输出信号的稳定性和匹配至关重要。

在电子电路设计中,增益和阻抗的计算是电路设计的基础,对电路的性能和稳定性具有重要影响。

通过准确计算电路的增益和阻抗,可以确保电路的正常工作和达到设计要求。

因此,在电子电路设计中,增益与阻抗的计算是必不可少的一部分,需要认真对待和精确计算。

tia跨阻放大电路

tia跨阻放大电路

tia跨阻放大电路摘要:1.TIA 跨阻放大电路的概述2.TIA 跨阻放大电路的工作原理3.TIA 跨阻放大电路的应用领域4.TIA 跨阻放大电路的优点与局限性正文:1.TIA 跨阻放大电路的概述TIA 跨阻放大电路,全称为Transimpedance Amplifier,即跨阻抗放大器,是一种常用于信号处理领域的模拟电路。

它具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗,能够将信号源的电流放大并转换为电压信号,从而实现信号的传输和处理。

2.TIA 跨阻放大电路的工作原理TIA 跨阻放大电路的工作原理主要基于运算放大器的运算原理。

运算放大器具有开环增益无穷大、输入阻抗无穷大、输出阻抗零的特点。

在TIA 电路中,运算放大器的非反相输入端接信号源,反相输入端通过电阻网络形成负反馈,使得电路的输出阻抗接近于零。

这样,信号源的电流被放大并转换为电压信号,从而实现信号的传输和处理。

3.TIA 跨阻放大电路的应用领域TIA 跨阻放大电路广泛应用于各种信号处理系统中,如通信系统、仪器仪表、生物医学工程等。

例如,在光纤通信系统中,TIA 跨阻放大电路用于将光信号转换为电信号;在生物医学工程中,TIA 跨阻放大电路可用于生物传感器的信号处理,实现对生物信号的检测和分析。

4.TIA 跨阻放大电路的优点与局限性TIA 跨阻放大电路具有以下优点:(1)高输入阻抗:TIA 电路的输入阻抗很高,可以最大程度地保留信号源的特性,避免信号衰减或失真。

(2)低输出阻抗:TIA 电路的输出阻抗接近于零,能够驱动较大的负载电阻,实现信号的有效传输。

(3)宽频带:TIA 电路具有较宽的频带,能够处理不同频率范围的信号。

然而,TIA 跨阻放大电路也存在一定的局限性:(1)对运算放大器的依赖性:TIA 电路的工作原理基于运算放大器,因此,运算放大器的性能直接影响TIA 电路的性能。

(2)稳定性:TIA 电路的稳定性受负反馈网络的影响,如果设计不当,可能导致电路不稳定。

跨阻放大器的计算

跨阻放大器的计算

跨阻放大器的计算跨阻放大器是一种常用的电路,用于放大输入电压信号。

在设计跨阻放大器时,需要考虑到电路的放大倍数、输入阻抗和输出阻抗等关键参数。

本文将介绍如何计算跨阻放大器的放大倍数和输入输出阻抗。

一、跨阻放大器的定义跨阻放大器是一种使用跨导放大模式的放大器电路。

它由一个输入端、一个输出端和一个反馈电阻组成。

输入信号通过输入端进入电路,经过放大后从输出端输出。

反馈电阻则通过反馈回路连接输入端和输出端,用于调节电路的放大倍数。

二、跨阻放大器的放大倍数计算跨阻放大器的放大倍数可以通过计算电路的反馈系数来得到。

反馈系数是指输入信号经过反馈回路形成的反馈信号与输入信号的比值。

在跨阻放大器中,反馈系数可以由反馈电阻和负载电阻来决定。

假设反馈电阻为Rf,负载电阻为Rl,则跨阻放大器的放大倍数Av可以表示为:Av = Rf / Rl这意味着放大倍数可以通过调节反馈电阻和负载电阻的比例来实现。

通常情况下,我们可以根据需要的放大倍数来选取合适的电阻数值。

三、跨阻放大器的输入阻抗计算输入阻抗是指输入端电路对外界信号源的阻抗特性。

在跨阻放大器中,输入阻抗可以由输入电阻和反馈电阻来共同决定。

假设输入电阻为Rin,则跨阻放大器的输入阻抗Zin可以表示为:Zin = Rin || Rf这里的||表示并联。

通过并联两个电阻,可以得到输入阻抗的数值。

四、跨阻放大器的输出阻抗计算输出阻抗是指输出端电路对外界负载的阻抗特性。

在跨阻放大器中,输出阻抗可以由负载电阻和反馈电阻来共同决定。

假设输出电阻为Rout,则跨阻放大器的输出阻抗Zout可以表示为:Zout = (Rl || Rf) + Rout这里的+表示串联。

通过串联两个电阻,可以得到输出阻抗的数值。

五、实例分析为了更好地理解跨阻放大器的计算方法,下面我们以一个具体的实例来进行分析。

假设需要设计一个跨阻放大器,要求放大倍数为20倍,输入阻抗为10kΩ,输出阻抗为1kΩ。

我们可以先根据放大倍数的定义,得到反馈电阻和负载电阻之间的比值为20。

电路中阻抗的计算公式

电路中阻抗的计算公式

电路中阻抗的计算公式在我们日常生活中,电无处不在,从家里亮堂堂的电灯,到手中便捷的手机,都离不开电的功劳。

而要深入理解电的世界,就不得不提到电路中的一个重要概念——阻抗。

阻抗,简单来说,就是对电流流动的阻碍作用。

它就像是电路中的“小拦路虎”,让电流不能随心所欲地乱跑。

那阻抗是怎么计算的呢?这可得好好说道说道。

在交流电路中,阻抗的计算公式是Z = √(R² + (Xₗ - Xc)²) 。

这里面的“Z”就代表阻抗,“R”表示电阻,“Xₗ”是感抗,“Xc”则是容抗。

先来说说电阻“R”。

电阻大家应该都比较熟悉,比如咱们平时用的电灯泡里就有电阻丝。

电阻的大小取决于导体的材料、长度、横截面积还有温度。

打个比方,就像不同粗细的水管,细水管对水流的阻碍就大,粗水管对水流的阻碍就小。

电阻也是这个道理,又细又长的导线电阻大,又粗又短的导线电阻小。

再讲讲感抗“Xₗ”。

感抗通常出现在有电感的电路中,像电感线圈啥的。

感抗的大小和交流电的频率以及电感的自感系数有关。

频率越高,感抗越大;自感系数越大,感抗也越大。

这就好比跑步的时候,频率快了,遇到的阻力也就大了。

然后是容抗“Xc”。

容抗常见于有电容的电路。

电容越大,交流电频率越低,容抗越小。

想象一下,电容就像是一个能储存电荷的小仓库,仓库越大,能装的电荷越多,对电流的阻碍就越小。

给大家分享一个我自己的经历吧。

有一次,我在家里修一个小音箱,怎么弄声音都不对劲,后来一检查,发现就是电路中的阻抗出了问题。

我拿着万用表,一点点测电阻、感抗和容抗,根据公式算来算去,终于找到了故障点。

原来是其中一个电感老化,感抗变小了,导致整个电路的阻抗失衡。

经过一番折腾,换了个新电感,音箱又欢快地响起来啦!在实际的电路设计和分析中,准确计算阻抗可是非常重要的。

如果阻抗计算不准确,可能会导致电路工作不正常,设备发热甚至损坏。

比如说,在设计手机充电器的时候,如果不考虑好阻抗,可能会让充电速度变慢,或者让充电器过热,甚至有可能会损坏手机电池。

一文读懂跨阻放大器的工作原理

一文读懂跨阻放大器的工作原理

一文读懂跨阻放大器的工作原理
跨阻放大器(TIA)是光学传感器(如光电二极管)的前端放大器,用于将传感器的输出电流转换为电压。

跨阻放大器的概念很简单,即运算放大器(op amp)两端的反馈电阻(RF)使用欧姆定律VOUT= I RF将电流(I)转换为电压(VOUT)。

在这一系列博文中,我将介绍如何补偿TIA,及如何优化其噪声性能。

对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键参数的定量分析,请参见标题为用于高速放大器的跨阻抗注意事项的应用注释。

在实际电路中,寄生电容会与反馈电阻交互,在放大器的回路增益响应中形成不必要的极点和零点。

寄生输入和反馈电容的最常见来源包括光电二极管电容(CD)、运算放大器的共模(CCM)和差分输入电容(CDIFF),以及电路板的电容(CPCB)。

反馈电阻RF并不理想,并且具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。

在高速TIA应用中,这些寄生电容相互交互,也与RF交互生成一个不理想的响应。

在本篇博文中,我将阐述如何来补偿TIA。

图1显示了具有寄生输入和反馈电容源的完整TIA电路。

三个关键因素决定TIA的带宽:
总输入电容(CTOT)。

由RF设置理想的跨阻增益。

运算放大器的增益带宽积(GBP):增益带宽越高,产生的闭环跨阻带宽就越高。

这三个因素相互关联:对特定的运算放大器来说,定位增益将设置最大带宽;反之,定位带宽将设置最大增益。

无寄生的单极放大器
这一分析的第一步假定在AOL响应和表1所示的规格中有一个单极的运算放大器。

DC、AOL(DC)时运算放大器的开环增益
120dB
运算放大器GBP
1GHz。

输入阻抗和输出阻抗如何计算

输入阻抗和输出阻抗如何计算

输入阻抗和输出阻抗如何计算一、输入阻抗输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗.在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I.你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗.输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小.对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻.因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题.另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑阻抗匹配问题二、输出阻抗无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题.输出阻抗就是一个信号源的内阻.本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为0,或理想电流源的阻抗应当为无穷大.输出阻抗在电路设计最特别需要注意但现实中的电压源,则不能做到这一点.我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源.这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源)的内阻了.当这个电压源给负载供电时,就会有电流I从这个负载上流过,并在这个电阻上产生I×r的电压降.这将导致电源输出电压的下降,从而限制了最大输出功率(关于为什么会限制最大输出功率,请看后面的“阻抗匹配”一问).同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的三、阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式.阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论.我们先从直流电压源驱动一个负载入手.由于实际的电压源,总是有内阻的(请参看输出阻抗一问),我们可以把一个实际电压源,等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型.假设负载电阻为R,电源电动势为U,内阻为r,那么我们可以计算出流过电阻R的电流为:I=U/(R+r),可以看出,负载电阻R越小,则输出电流越大.负载R上的电压为:Uo=IR=U/[1+(r/R)],可以看出,负载电阻R越大,则输出电压Uo越高.再来计算一下电阻R消耗的功率为:P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2)=U2×R/[(R-r)2+4×R×r]=U2/{[(R-r)2/R]+4×r}对于一个给定的信号源,其内阻r是固定的,而负载电阻R则是由我们来选择的.注意式中[(R-r)2/R],当R=r时,[(R-r)2/R]可取得最小值0,这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r).即,当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得最大输出功率,这就是我们常说的阻抗匹配之一.对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频电路及高频电路.当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共扼匹配.在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的).从以上分析我们可以得出结论:如果我们需要输出电流大,则选择小的负载R;如果我们需要输出电压大,则选择大的负载R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R.有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配.在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题.当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状.如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端就会产生反射.为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二阶偏微分方程的求解,在这里我们不细说了,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论.传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关.例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω,而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆.另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线.因为电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω,所以300Ω的馈线将与其不能匹配.实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器(一个塑料封装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大).它里面其实就是一个传输线变压器,将300Ω的阻抗,变换成75Ω的,这样就可以匹配起来了.这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量.为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配,如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备.如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等.当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样.第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用.第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法.一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻.而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻.为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题,我来举两个例子:假设你在练习拳击——打沙包.如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包,你打上去会感觉很舒服.但是,如果哪一天我把沙包做了手脚,例如,里面换成了铁沙,你还是用以前的力打上去,你的手可能就会受不了了——这就是负载过重的情况,会产生很大的反弹力.相反,如果我把里面换成了很轻很轻的东西,你一出拳,则可能会扑空,手也可能会受不了——这就是负载过轻的情况.另一个例子,不知道大家有没有过这样的经历:就是看不清楼梯时上/下楼梯,当你以为还有楼梯时,就会出现“负载不匹配”这样的感觉了.当然,也许这样的例子不太恰当,但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况。

跨阻放大器的输入阻抗无穷大还是为零究竟是

跨阻放大器的输入阻抗无穷大还是为零究竟是

跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?跨阻放大器(TIA)的输入阻抗是多少呢?无穷大还是零呢?都不是,究竟是多少?没有事物是绝对为零或绝对无穷大的,对吗?即使你没有用过TIA,TIA输入阻抗的值会让你惊讶,值得你去理解。

毕竟,一个反向放大器就是一个有输入电阻的TIA ,对吗?TIA将一个电流信号转换成电压,并且经常用于测量弱电流,。

对于理想运放,有无穷大的开环增益和带宽,输入阻抗为零。

运放的反馈回路使得V1保持虚地,得到一个零输入电阻。

类似一个电流表,一个理想的电流测量电路的输入阻抗应该为零。

我们仍然假设运放工作在理想条件下,但实际上运放的增益带宽积是有限的,我们应该思考其输入阻抗Z是多少?一些推论和8阶的代数式揭示出一个有趣的结果。

图2是OPA314的开环增益随频率变化的曲线。

对于今天的大多数运放,在一个较宽的频率范围内------超过通用器件的50倍,开环增益以一个恒定的斜率-20dB/10倍频下降。

它的增益带宽积是3MHz,所以在这个范围以内的任何频率下,其增益接近3MHz/f。

在黄色方框内标出的因子揭示了结果。

Z和Rf,f成正比,和增益带宽积成反比。

但是,Z和f成正比意味着什么呢?它感觉更像一个基本的电路元件------电感。

一个电感的阻抗是,所以我们可以将TIA的输入端等效为一个电感。

这非常巧,是吗?也许你之前已经知道了这一点。

在一个较宽的频率范围内,输入端可以视为一个电感负载。

在大多数应用中,我们希望这个电感越小越好。

RF通常是根据跨阻增益而定,所以更高的增益带宽积是减小这个电感的唯一方法。

将这种方法应用于实际,你可能会从光电二极管或者电流转换电路中获得更多的洞察力。

没有更多新的东西在这里。

各种使用运放合成的电感电路已经存在了很长一段时间,但是你可能没有将它和TIA或者反向放大器联系起来。

建立这种联系会带来更深层次的思考和创造力。

跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?

跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?

跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多少?
跨阻放大器的输入阻抗:无穷大还是为零?究竟是多
少?
翻译: TI信号链工程师Rickey Xiong (熊尧)
跨阻放大器(TIA)的输入阻抗是多少呢?无穷大还是零呢?都不是,究
竟是多少?没有事物是绝对为零或绝对无穷大的,对吗?即使你没有用过TIA,TIA输入阻抗的值会让你惊讶,值得你去理解。

毕竟,一个反向放大器就是一个有输入电阻的TIA ,对吗?
TIA将一个电流信号转换成电压,并且经常用于测量弱电流,如图1所示。

对于理想运放,有无穷大的开环增益和带宽,输入阻抗为零。

运放的反馈回
路使得V1保持虚地,得到一个零输入电阻。

类似一个电流表,一个理想的
电流测量电路的输入阻抗应该为零。

胆机输入阻抗计算

胆机输入阻抗计算

胆机输入阻抗计算摘要:一、胆机简介1.胆机概念2.胆机特点二、输入阻抗计算的重要性1.音响系统的基本组成2.输入阻抗对音响系统的影响三、输入阻抗计算方法1.输入阻抗公式2.参数解释四、实际应用与案例分析1.案例一:计算输入阻抗2.案例二:胆机与其他音响设备的匹配五、总结1.输入阻抗计算的意义2.胆机在音响系统中的应用前景正文:一、胆机简介胆机,是指使用电子管作为放大器的音响设备。

与晶体管放大器相比,胆机具有音质自然、温暖、醇厚的特点,深受音响爱好者的喜爱。

然而,由于电子管的特性,胆机在设计和使用过程中需要特别关注一些技术指标,如输入阻抗。

二、输入阻抗计算的重要性在音响系统中,输入阻抗是一个重要的性能参数。

输入阻抗的大小决定了音响系统能够吸收的电能,从而影响了音响系统的驱动能力和稳定性。

不同类型的音响设备具有不同的输入阻抗,因此在构建音响系统时,需要考虑各种设备的输入阻抗匹配问题。

三、输入阻抗计算方法输入阻抗的计算公式为:输入阻抗(Zin)= 电阻Rin × 电容Cin / (电阻Rin + 电容Cin)其中,Rin 为输入电阻,Cin 为输入电容。

四、实际应用与案例分析1.案例一:计算输入阻抗假设某胆机的输入电阻为10kΩ,输入电容为20pF,我们可以使用上述公式计算输入阻抗:输入阻抗(Zin)= 10kΩ × 20pF / (10kΩ + 20pF) = 10kΩ × 20pF / 10kΩ = 0.02Ω2.案例二:胆机与其他音响设备的匹配在使用胆机与其他音响设备(如功放、音箱)组成音响系统时,需要考虑输入阻抗的匹配问题。

如果胆机的输入阻抗与其它设备的输入阻抗相差较大,可能会导致音响系统性能下降,甚至无法正常工作。

因此,在选择和搭配音响设备时,要尽量保证各种设备的输入阻抗相近。

五、总结胆机在音响系统中具有独特的地位和价值,输入阻抗计算是评价和优化胆机性能的关键环节。

第一节输入阻抗

第一节输入阻抗

第一节、放大器输入阻抗的计算与测量一、动态阻抗的概念1、输入动态阻抗的概念二极管导通后动态阻抗的概念如果用万用表的欧姆档埋设二电容的电阻,结果一定是无穷大。

但电容对交流信号却不是绝缘的,而是有一定的阻抗Zc=1/2πfC所以电容的阻抗不能简单地用直流阻抗概念总的R=U/I来理解。

而应当用交流阻抗的概念来理解Zc=Uj/Ij。

同样的道理,二极管正向导通后的阻抗如果用直流阻抗的概念的理解那就应当是Zi=U/I。

我们假设二极管在U=0.7V时,I=1mA。

用直流的阻抗的概念来理解Z=0.7V/1mA=700Ω。

按照这个逻辑,二极管在U=1.4V时,I就应当=2mA。

实际情况当然不是这样。

所以二极管的正向导通阻抗,应当是以导通点为基准、特定的电压变化量所引起的特定的电流变化量的比值。

Z=ΔU/ΔI如图所示:由此可见,二极管在不同的导通点,特定的电压变化所引起的电流变化量是不一样的,也就是说导通的斜率是不同的。

所以,二极管在不同的导通点,有不同的动态阻抗。

二、共发射极简单偏置电路1、三极管的基极与发射极之间的动态阻抗与导通电流之间的关系三极管的基极与发射极之间,相当于一个导通电流为10uA的二极管。

如上图a点所示:当输入电压为10mV的时候,使导通电压由0.7V上升到0.71V,导通电流就会由10uA上升到14.14uA。

当输入电压为-10mV的时候,10导通电压由0.7V下降到0.69V,导通电流就会由10uA下降到0.707uA。

输入电压的变化量是Ubpp=0.71V-0.69V=20mV输入电流的变化量是Ibpp=14.14uA-7.07uA=7.07uA输入动态阻抗等于输入电压的变化量与输入电压电流变化量的比值,Z=Ubpp/Ibpp=20mV/7.07uA=2.9KΩ如上图b点所示:当输入电压为10mV的时候,使导通电压由0.71V上升到0.72V,导通电流就会由20uA上升到28.28uA。

当输入电压为-10mV的时候,10导通电压由0.71V下降到0.70V,导通电流就会由20uA下降到14.14uA。

求放大电路的输入电阻和输出电阻演示文稿

求放大电路的输入电阻和输出电阻演示文稿
集电极电阻RC--将变
化的电流转变为变化 的电压。
耦合电容C1 、C2 --隔离输入、输出 与放大电路直流的 联系,同时使信号 顺利输入、输出。
第二十当前七2页7页,,共共一14百7页四,十星七期页二。。
2.2 基本放大电路的组成
RC +C2
RS +
es –
C1 +
+
ui + ––
iB iC + + TuCE
RB C1+ + ui –
+UCC
RC iB iC
+C2 ++
uo = 0
u+B–E
T
uCE –
uo
iE

uBE = UBE
uCE = UCE
无输入信号(ui = 0)时:
iC
uCE
uBE
iB
UBE
O
tO
IB tO
IC tO
UCE t
第二十九页,当共前29一页,百共四147十页,七星页期二。。
结论:
计电路、选用晶体管的依据。
1. 电流放大系数
当晶体管接成发射极电路时,
直流电流放大系数
注意:
___
IC
IB
交流电流放大系数
Δ Δ
IC IB
和 的含义不同,但在特性曲线近于平行
等距并且ICE0 较小的情况下,两者数值接近。
常用晶体管的 值在20 ~ 200之间。100左右为宜。
第十八当页前,18共页,一共百14四7页十,七星期页二。。
0.5%~1.0%。
第二十四页,共一当前百24页四,共十147七页,页星期。二。

基于负阻抗电路的跨阻放大器的设计

基于负阻抗电路的跨阻放大器的设计

基于负阻抗电路的跨阻放大器的设计李言胜【摘要】对基于负阻抗电路技术的跨阻放大器的带宽性能进行了理论分析与仿真.仿真结果表明,在具有相同的跨阻增益条件下,基于0.18 μm CMOS工艺下 shunt-feedback型跨阻放大器无负阻抗电路时,其-3 dB带宽约为3.1 GHz,而具有负阻抗电路时,其-3 dB带宽约为4.3 GHz,两者相比带宽性能约提高了40%.该方案可以提高跨阻放大器带宽并避免因引入电感而增加芯片面积,在实践上具有一定的可行性.【期刊名称】《湘潭大学自然科学学报》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】3页(P103-105)【关键词】光互连;跨阻放大器;负阻抗电路;带宽【作者】李言胜【作者单位】青岛理工大学,通信与电子工程学院,山东,青岛,266033【正文语种】中文【中图分类】TN914Key words:op tical-interconnection;transimpedance amp lifier;negative impedance circuit techno logy;bandw idth近几年,随着微电子技术的进一步发展,对于系统芯片间的数据传输高速化的要求也越来越高.因此,以具有更高带宽、低串扰、电磁兼容性好的光互连技术,取代现有的铜线互连技术对于解决高速化数据传输的瓶颈问题具有重要的现实意义[1,2].在光互连系统中主要包括:(1)把光信号转变为电信号的光发射机;(2)把电信号转变为光信号的光接收机;(3)能传播光信号的媒介,如光导波路、光纤.在光信号接收机系统中主要包括:光电二极管(Photodiode,PD)、跨阻放大器(TIA)、限幅放大器(L im itting Amp lifier:LA)、数据时钟恢复电路(C lock Data Recovery:CDR)等部分.其中,通过本文要讨论的跨阻放大器可以把PD输出的光电流信号转化为电压信号以便后续电路进行处理.作为信号输入端的电路,其增益及带宽性能决定了整个光信号接收机系统的灵敏度和带宽.因此,光信号接收机的设计核心课题主要集中于跨阻放大器的增益、带宽等性能指标上.在跨阻放大器的设计中,对于带宽性能的影响主要有PD的结电容、Pad的寄生电容以及电路中晶体管的寄生电容等.在满足一定的跨阻增益条件下,为了降低这些电容对跨阻放大器的影响,降低RC时定数,提高其带宽性能,传统的方法一般通过电感峰化来提高带宽,但是在电路中引入电感会造成芯片面积比较大,不利于光电接口芯片与系统芯片的单片集成[3,4].本文以shunt-feedback型跨阻放大器为基础,在其输出端接入负电阻及负电容电路以缓解跨阻放大器电路中寄生成分的影响,达到提高带宽的目的.SPICE仿真结果表明,基于0.18μm CMOS工艺下,跨阻增益设为60 dBΩ时,在引入负阻抗电路后跨阻放大器的带宽从3.1 GHz提高到4.3 GHz,改善量约为40%,证实了本方案的有效性.典型的shunt-feedback型跨阻放大器的电路结构如图1所示.通过PD将光信号转化为电流信号Iin,然后经跨阻放大器后输出电压信号Vout.其中Cin代表PD的结电容、Pad的寄生电容以及电路中场效应管的寄生电容的总和;Rf为shunt-feedback型跨阻放大器的反馈电阻;AM P的增益为-A,输出阻抗用Zo(Ro,Co)表示.在考虑AM P具有的输出阻抗Zo时,其跨阻增益Ztro,-3 dB带宽f-3dB,输入阻抗Zin经过分析计算后,可分别用下式表示由公式(2)可知,在Cin为定值时,要提高跨阻放大器的-3 dB带宽必须降低其输入阻抗Zin的值,而Zin根据公式(3)由AM P的增益A,反馈电阻Rf,以及输出阻抗Zo共同决定,在保持A,Rf为定值时,可以通过降低Zo来减小Zin,同时根据公式(1),降低Zo也可以获得一个较高的跨阻增益Ztro.根据上述分析,由于Zo的存在影响了跨阻放大器的带宽及跨阻增益的性能,减小Zo可以使其带宽以及跨阻增益得到改善[5].图2为负阻抗电路的结构示意图.其中,实线框内为负电阻电路,虚线框内为负电容电路.下面对其动作原理进行分析.首先,对于实线框内的负电阻电路,如果电压Vi升高时,反相器AM P的输出电压降减小,场效应管M1的门极与源极电压Vgs相应减小,流经M1的电流也将减小.根据欧姆法则,对于纯电阻电路,电压升高时其上流经的电流也要升高,而上述电路具有相反的性质,因此该电路是具有负电阻性质的电路,可以用来作为负电阻电路.假设M1的导纳为gm1,那么对于负电阻电路,其阻抗ZR可以用公式(4)表示其次,对于虚线框内的负电容电路,由于场效应管M2构成的源极跟随器的输出将与反相器AM P的输出电压变化保持一致,当电压Vi升高时,源极跟随器的输出将降低,流经电容Cc的电流将减小,而一般来讲,输入电压升高时电容充电电流应该也随其升高,因此该电路是具有负电容性质的电路.对于负电容电路,其阻抗Zc可以用公式(5)表示,其中s=jω,那么,整个负阻抗电路的阻抗Zn为由上述分析,为抵消跨阻放大器输出阻抗的影响,我们在跨阻放大器的输出端接入负阻抗电路,使-Zn=Zo,即|Zc|=|sCo|,|ZR|=Ro||Rf时,据公式(1)~(3)可使其带宽以及跨阻增益得到改善,即下式成立.下面我们分析图3所示的跨阻放大器的输出端外接负阻抗电路的小信号等价电路,并求出其总的跨阻增益Ztr,如公式(9)所示.在公式(9)中分母为s的二次函数,为获得跨阻增益Ztr的最大带宽,只要让s的系数为零,如公式(10)所示,根据此关系同样也可得到公式(7),(8),进一步验证了理论分析的正确性.同时,如果能满足公式(10)所示的条件时,跨阻增益Ztr的带宽最终只受到反相器-Ac的带宽影响.为进一步验证理论分析的可行性,基于图3的小信号等价电路模型下,我们应用SILVACO公司的SPICE仿真软件sm artsp ice进行了电路仿真设计.仿真条件如下述所示,shunt-feedback型跨阻放大器采用TSMC 0.18μm CM OS工艺,跨阻放大器的反馈电阻Rf=1 kΩ,为便于进行带宽比较,我们将两种方式的跨阻增益均设为60 dBΩ.仿真结果如图4所示,在相同的跨阻增益下,不接负阻抗电路时,shunt-feedback型跨阻放大器的-3 dB带宽约为3.1 GHz,而在相同条件下带有负阻抗电路时,shunt-feedback型跨阻放大器的-3 dB带宽约为4.3 GHz,两者相比带宽性能约提高了40%,从而验证了本方案在实践上的可行性.本文提出了靠引入负阻抗电路来改善传统的shunt-feedback型跨阻放大器的带宽性能的技术方案.首先,从具体电路上确立了负电阻负电容电路构成的负阻抗电路并经过计算得到了其阻抗表达式以及为减轻跨阻放大器的影响需要满足的条件.其次,建立了带有负阻抗电路的跨阻放大器电路的小信号模型并计算得到了整个电路的跨阻增益,为实现其最大带宽,需要满足的条件与上面得出的结论一致,从理论上分析并验证了本方案的有效性.以此为基础,在0.18μm CMOS工艺下,进行了SPICE仿真验证,SPICE仿真结果表明,在跨阻增益设为一定的条件下,带有负阻抗电路的shunt-feedback型跨阻放大器,其-3 dB带宽从无负阻抗电路时的3.1 GHz提高到4.3 GHz,两者相比带宽性能约提高了40%,从而验证了本方案在工程实践上的可行性.【相关文献】[1] YOUNG I,MOHAMMED,L IAO J,et al.Op tical I/O Technology for tera-scale computing[J].ISSCC 2009.San Francisco,CA,Feb. 2009,468-469.[2] KERN AM,CHANDREKASON A P,YOUNG IA.18 Gb/sop tical IO:VCSEL d riverand TIA in 90 nm CMOS[J].IEEE Symp VLSICircuits,2007(7):276-277.[3] KROMER C,SIALM G,BERGER C,etal.A 100mW 4×10 Gb/s transceiver in 80 nm CMOS for high-density op tical interconnects[J]. IEEE JSolid-State Circuits,2005,40:2 667-2 679.[4] TSA ICM,HUANG L R.A 24mW 1.25 Gb/s13 kΩTransimpedance amp lifier using active compensation[J].IEEE International So lid-State CircuitsConference,2006:13(4).[5] BEHZAD R/黒田忠広監訳.“アナログCMOS集積回路の設計”[M].日本:丸善株式会社,2003.。

跨阻型放大器应用中关注的指标

跨阻型放大器应用中关注的指标

跨阻型放大器应用中关注的指标1 引言TIA 全称为trans-impedance amplifier. 也就是跨阻型放大器。

在需要电流转电压的应用场合,如检测微弱光电流信号的场合,通常需要用到跨阻型放大器。

TI有一系列的跨阻放大器,如OPA656,OPA657,OPA843,OPA84,LMH6629 等等。

TI 该产品系列主要的优势在于低噪声,能支持反馈高增益下宽带应用。

这些特点在微弱光检测的场合是非常关键的。

另外TI 的产品是一系列的,在不同的指标要求如带宽升级时可以很方便地找到pin-pin 兼容的产品。

本文介绍了高速TIA 应用中关注的指标及计算过程。

另外介绍了在光检测应用下常见问题的解决。

2 TIA 应用概论在TIA 应用时,由于输入信号是电流,能够应用于这种场合的跨阻放大通常需要具备较低的电流噪声和电压噪声。

比较典型的两个器件是:OPA657(1.6GHz,输入电流噪声1.8 fA/rtHz, 输入电压噪声4.8nV/rtHz),OPA847(3.9GHz, 输入电流噪声2.5pA/rtHz, 输入电压噪声0.85nV/rtHz)。

这两款都是Decompensated 放大器。

Decompensated 放大器特点如下:Decompensated 放大器指的是非单位增益稳定的放大器,如OPA657 最小稳定增益是7V/V,OPA847 则为12V/V.其波特图和普通放大器比较如下:和单位稳定放大器相比,其特点如下:带宽更宽,尤其是小信号下的带宽更宽,Slew rate 更快,以及更大的GBW. 另外一般来讲,decompensated 的放大器能够提供更好的电压噪声。

所以在大增益的跨阻放大且要求一定带宽的场合,使用decompensated 放大器要比单位增益稳定放大器有优势。

3 TIA 应用指标分析3.1 带宽计算一个用于光电流检测的常规的跨阻型运放的工作电路一般简化如Figure2 TIA 光电检测电路。

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TIA Input Z: Infinite… or Zero? What is it, really?
Bruce Trump - October 8, 2012
What is the input impedance of a transimpedance amplifier (TIA)? Infinite? Zero? No, what is it really? Nothing is really zero or infinite, right? The answer might surprise you—worth understanding, even if you don’t use TIAs. After all, an inverting amplifier is just a TIA with an input resistor, right?
The transimpedance amplifier converts an input current to a voltage and is often used to measure small currents, (figure 1). With an ideal op amp, infinite gain and bandwidth, the input impedance of a TIA is zero. Feedback of the op amp maintains V1 at virtual ground, creating a zero impedance. Like an ammeter, an ideal current measurement circuit should have zero impedance.
We’re still working on the ideal op amp, so until then, what’s the input Z with finite gain-bandwidth product? Some reasoning and 8th-grade algebra reveal an interesting result.
The open-loop gain vs. frequency for the OPA314 is shown in figure 2. As with most op amps today, the gain follows a constant -20dB/decade slope through a wide frequency range—over five decades for this general purpose device. Its gain-bandwidth is 3MHz, so the gain at any frequency along this range is fapproximately 3MHz/f.
Manipulating the factors that we know (shown in yellow boxes) yields the result. Z is proportional to R F and frequency and inversely proportional to GBP. But, hey… Z proportional to frequency? That feels much like a basic circuit element—an inductor. The impedance of an inductor is 2fL, so we can calculate an equivalent input inductance of the TIA.
Neat, huh? Or, maybe you already knew it. Over a wide frequency range the input source sees a simple inductor as a load. We want this inductance to be as low as possible in most applications. R F is generally dictated by the transimpedance gain required, so that leaves higher op amp GBP as the only way to reduce this inductance. Put this observation to work and it might give additional insight into the behavior of photodiode or current transformer circuits (often used with TIAs).
There’s nothing really new here. Various synthetic inductor circuits using amplifiers have been around a very long time but you may not have made the connection to TIAs or inverting amplifiers. Deeper understanding and creativity often come from making these connections. Most important is the simple observation on the input voltage of an op amp. We so often want to think of the differential input voltage of an op amp as zero—the infinite gain assumption. But across a wide frequency range, it certainly is not. The simple relationship of GBP, frequency and output voltage provides an easy way to understand how the input voltage varies with frequency.
Now, a couple of provisos: This is a small-signal analysis. If you drive the op amp with enough amplitude and high enough frequency, the op amp will slew and voltage at V1 will increase. And this model assumes a simple -20dB/decade roll-off of the open-loop response of the op amp. Some op amps may have twitches in the open loop response that have a minor affect on the simple Gain = GBP/f model.
An additional thought exercise… could we refine the inductance model to include the effect of finite DC open-loop gain?
Thanks for reading and comments are most welcome.
Bruce thesignal@
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