互阻抗放大器简而言之是一个转换器电路，它将输入电流转换为成比例的输出电压。我们知道，当电流流过电阻器时，会在电阻器上产生电压降，该电压降与电流值和电阻器本身的值成正比。在这里，假设电阻值理想地恒定，我们可以轻松地使用欧姆定律根据电压值计算电流值。这是最基本的电流电压转换器，由于我们使用电阻器(无源元件)来实现此目的，因此称为无源电流电压转换器。
另一方面，跨阻抗放大器是一种 有源电流电压转换器，因为它使用运算放大器等有源组件将输入电流转换为成比例的输出电压。还可以使用其他有源组件(如 BJT、 IGBT、 MOSFET等)构建有源I 至 V 转换器。最常用的电流电压转换器是互阻抗放大器 (TIA)，因此在本文中我们将了解更多相关信息，如何在电路设计中使用它。
跨阻放大器的重要性
既然我们知道甚至可以使用电阻器将电流转换为电压，为什么我们必须使用运算放大器构建有源电流电压转换器?与无源 V 至 I 转换器相比，它有什么优势和重要性?
为了回答这个问题，我们假设一个光敏二极管(电流源)根据落在其上的光线在其端子上提供电流，并且在光电二极管两端连接一个简单的低值电阻，以将输出电流转换为成比例的电压，如图所示下图。
从理论上讲，上述电路可能工作得很好，但在实践中，性能会受到影响，因为光电二极管还包含一些不需要的电容特性，称为杂散电容。因此，对于较小值的检测电阻，时间常数 (t)(t = 检测电阻 x 杂散电容)会很小，因此增益会很低。如果增加检测电阻，则会发生完全相反的情况，增益会很高，时间常数也会高于小电阻值。这种增益不均匀会导致信噪比不足并且输出电压的灵活性受到限制。因此，为了解决增益不佳和噪声相关的问题，通常首选跨阻放大器。除此之外，在跨阻放大器中，设计人员还可以根据设计要求配置电路的带宽和增益响应。
跨阻放大器的工作原理
跨阻放大器电路是一个简单的负反馈反相放大器。与放大器一起，单个反馈电阻器 (R1) 连接到放大器的反相端，如下所示。
我们知道，由于运算放大器的高输入阻抗，其输入电流为零，因此来自电流源的电流必须完全通过电阻器 R1。我们将此电流视为 Is。此时，运算放大器的输出电压(Vout)可以使用以下公式计算：
Vout = -Is x R1
该公式在理想电路中成立。但在实际电路中，运算放大器将由一定值的输入电容和输入引脚上的杂散电容组成，这可能会导致输出漂移和振铃振荡，从而使整个电路不稳定。为了克服这个问题，跨阻电路的正常工作需要两个无源元件，而不是单个无源元件。这两个无源元件是之前的电阻器 (R1) 和附加电容器 (C1)。电阻器和电容器都并联在放大器负输入和输出之间，如下所示。
这里运算放大器再次通过电阻R1和电容C1连接成负反馈状态作为反馈。施加到跨阻放大器反相引脚的电流 (Is) 将在输出侧转换为等效电压 Vout。输入电流的值和电阻器 (R1) 的值可用于确定跨阻放大器的输出电压。
输出电压不仅取决于反馈电阻，还与反馈电容C1的值有关。电路带宽取决于反馈电容值C1，因此该电容值可以改变整个电路的带宽。为了电路在整个带宽内稳定工作，所需带宽的电容值计算公式如下所示
C1 ≤ 1 / 2π x R1 xf p
其中，R1 是反馈电阻，f p是所需的带宽频率。
在实际情况下，放大器的寄生电容和输入电容对跨阻放大器的稳定性起着至关重要的作用。由于电路相移裕度，电路的噪声增益响应也会造成不稳定，并导致过冲阶跃响应行为。
跨阻放大器的应用
跨阻放大器是光传感相关操作中最重要的电流信号测量工具。它广泛应用于化学工程、压力传感器、不同类型的加速度计、高级驾驶辅助系统和自动驾驶汽车中使用的激光雷达技术。
跨阻电路最关键的部分是设计稳定性。这是因为寄生和噪声相关的问题。设计人员必须谨慎选择正确的放大器，并应谨慎使用正确的 PCB 指南。
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