1. 瞬態(tài)二極管在跨阻放大器中的作用

跨阻放大器（TIA）常用于將電流信號(hào)（如光電二極管輸出）轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。在輸入端或輸出端，瞬態(tài)二極管（TVS二極管）通常用于以下場(chǎng)景：

• 輸入端保護(hù)：防止靜電放電（ESD）或過(guò)壓事件損壞運(yùn)放或光電二極管。

• 輸出端保護(hù)：防止輸出電壓超過(guò)運(yùn)放或后續(xù)電路的耐壓范圍。

2. 瞬態(tài)二極管發(fā)熱的原理

瞬態(tài)二極管在正常工作狀態(tài)下（未觸發(fā)鉗位）幾乎不導(dǎo)通，因此不會(huì)發(fā)熱。但在以下情況下會(huì)發(fā)熱：

• 過(guò)壓事件觸發(fā)鉗位：當(dāng)輸入/輸出電壓超過(guò)TVS的擊穿電壓時(shí)，TVS會(huì)導(dǎo)通并吸收能量，將電壓鉗位在安全范圍內(nèi)。此時(shí)，TVS的導(dǎo)通電流和鉗位電壓會(huì)產(chǎn)生功耗（P=Vclamp×Iclamp），導(dǎo)致發(fā)熱。

• 持續(xù)過(guò)壓或高頻過(guò)壓：如果過(guò)壓事件頻繁發(fā)生或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，TVS會(huì)持續(xù)導(dǎo)通，功耗增加，發(fā)熱量顯著上升。

3. 跨阻放大器中瞬態(tài)二極管發(fā)熱的可能性

• 輸入端TVS：

• 光電二極管輸出電流通常較小（pA~μA級(jí)），輸入端電壓波動(dòng)范圍有限，因此觸發(fā)TVS鉗位的概率較低，發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)較小。

• 但若系統(tǒng)存在強(qiáng)ESD或過(guò)壓干擾（如雷擊、電源波動(dòng)），輸入端TVS可能被觸發(fā)，導(dǎo)致短暫發(fā)熱。

• 輸出端TVS：

• 跨阻放大器的輸出電壓可能因反饋電阻、運(yùn)放增益或外部干擾而波動(dòng)。若輸出電壓超過(guò)TVS擊穿電壓，TVS會(huì)導(dǎo)通并鉗位。

• 高頻信號(hào)或大信號(hào)應(yīng)用（如高速光通信、脈沖激光探測(cè)）中，輸出端TVS可能頻繁觸發(fā)，導(dǎo)致發(fā)熱。

4. 發(fā)熱的影響與風(fēng)險(xiǎn)

• 短期發(fā)熱：

• 短暫過(guò)壓事件中，TVS的發(fā)熱通常不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞，因?yàn)門VS設(shè)計(jì)有瞬態(tài)功率承受能力（如單次脈沖功率 Ppp）。

• 長(zhǎng)期發(fā)熱：

• TVS過(guò)熱損壞（如開(kāi)路或短路）。

• 鄰近元件（如運(yùn)放、光電二極管）因溫度升高而性能下降或損壞。

• 若TVS持續(xù)導(dǎo)通（如電源故障或系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷），可能導(dǎo)致以下問(wèn)題：

5. 如何避免或減少TVS發(fā)熱？

• 合理選擇TVS參數(shù)：

• 擊穿電壓（VBR）：略高于系統(tǒng)正常工作電壓，避免誤觸發(fā)。

• 鉗位電壓（Vclamp）：盡可能低，以減少功耗。

• 脈沖功率（Ppp）：根據(jù)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大過(guò)壓能量選擇。

• 優(yōu)化電路設(shè)計(jì)：

• 在輸入端，增加濾波電容或限流電阻，減少ESD或過(guò)壓對(duì)TVS的沖擊。

• 在輸出端，確保反饋網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，避免輸出電壓異常波動(dòng)。

• 散熱設(shè)計(jì)：

• 對(duì)高頻或大功率應(yīng)用，選擇封裝散熱性能更好的TVS（如SMA、DO-218AB等）。

• 在PCB布局中，為TVS預(yù)留散熱焊盤或熱過(guò)孔。

6. 實(shí)際案例分析

• 案例1：光電二極管輸入端TVS

• 光電二極管輸出電流為10μA，跨阻放大器增益為10kΩ，輸出電壓為100mV。

• 若輸入端TVS擊穿電壓為10V，正常工作時(shí)不會(huì)觸發(fā)，發(fā)熱可忽略。

• 若發(fā)生ESD事件，輸入電壓瞬間升至100V，TVS導(dǎo)通并鉗位至10V，功耗為 P=(100V?10V)×IESD。若 IESD 為1A（短暫脈沖），功耗為90W，但TVS的 Ppp 可能為1500W（如SMAJ10A），因此不會(huì)損壞。

• 案例2：輸出端TVS

• 跨阻放大器輸出電壓范圍為-5V~+5V，輸出端TVS擊穿電壓為±7V。

• 若反饋網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致輸出電壓瞬態(tài)升至10V，TVS導(dǎo)通并鉗位至7V，功耗為 P=(10V?7V)×Iclamp。若 Iclamp 為100mA，功耗為0.3W，長(zhǎng)期發(fā)熱可能導(dǎo)致TVS過(guò)熱。

7. 結(jié)論

• 瞬態(tài)二極管在跨阻放大器中通常不會(huì)發(fā)熱，但在過(guò)壓事件觸發(fā)鉗位時(shí)會(huì)發(fā)熱。

• 發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)取決于過(guò)壓事件的頻率、持續(xù)時(shí)間和能量：

• 低頻、短暫過(guò)壓：發(fā)熱可忽略。

• 高頻、持續(xù)過(guò)壓：發(fā)熱顯著，需優(yōu)化設(shè)計(jì)。

• 建議：

• 選擇合適的TVS參數(shù)，確保其能承受系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大過(guò)壓能量。

• 優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，減少過(guò)壓事件的發(fā)生概率。

• 對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用，增加散熱設(shè)計(jì)或監(jiān)測(cè)TVS溫度。

總結(jié)：瞬態(tài)二極管在跨阻放大器中的發(fā)熱是可控的，但需通過(guò)合理設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇來(lái)避免長(zhǎng)期過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)。