跨導放大器的輸入阻抗計算?


跨導放大器(OTA)的輸入阻抗計算需結合具體電路結構,以下從通用原理、典型結構及高頻特性三方面展開分析:
一、通用計算方法
跨導放大器的輸入阻抗可通過測量輸入端電壓變化(ΔV_in)與對應電流變化(ΔI_in)的比值得到,即:
輸入阻抗 = ΔV_in / ΔI_in
此方法適用于任何電路結構,但需注意實際測量需在穩定工作狀態下進行,避免瞬態響應干擾。
二、典型結構下的輸入阻抗分析
差分對結構
雙極型晶體管差分對:輸入阻抗主要由基極電阻(r_π)和發射極電阻(R_E)決定,近似為:
Z_in ≈ 2 × (r_π + (1 + β) × R_E)
其中,β為晶體管電流增益,r_π ≈ β / g_m(g_m為跨導)。場效應管差分對:輸入阻抗近似為柵極電阻(R_G)的并聯值,因柵極電流極小,輸入阻抗通常高達兆歐級。
電流鏡負載結構
電流鏡負載會降低輸入阻抗,因負載電流變化會反作用于輸入端。此時需考慮負載晶體管的輸出阻抗(r_o),輸入阻抗近似為:
Z_in ≈ r_π || (r_o / (1 + g_m × R_E))
其中,“||”表示并聯運算。反饋結構
電壓反饋:反饋網絡會改變輸入阻抗,具體值需結合反饋系數(β_f)和開環輸入阻抗(Z_in_open)計算:
Z_in_closed ≈ Z_in_open × (1 + A_open × β_f)
其中,A_open為開環增益。電流反饋:輸入阻抗可能顯著降低,需根據反饋電阻(R_F)和跨導(g_m)計算。
三、高頻特性對輸入阻抗的影響
增益帶寬積限制
高頻下,跨導放大器的開環增益(A_open)隨頻率增加而下降,導致閉環輸入阻抗偏離低頻計算值。例如,增益帶寬積為3MHz的運放,在頻率f下的增益約為3MHz/f,輸入阻抗需考慮此衰減。寄生電容效應
輸入端寄生電容(C_in)與輸入阻抗形成復數阻抗,高頻時輸入阻抗的模值下降,相位角滯后。此時輸入阻抗可表示為:
Z_in(f) ≈ R_in - j / (2πf × C_in)
其中,R_in為低頻輸入電阻,j為虛數單位。電感等效模型
在高頻段,跨導放大器的輸入端可能呈現電感特性,輸入阻抗隨頻率升高而增加。此現象在基于CMOS工藝的OTA中尤為明顯,輸入阻抗可等效為:
Z_in(f) ≈ j × 2πf × L_eq
其中,L_eq為等效電感,與增益帶寬積和反饋電阻相關。
責任編輯:Pan
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