跨導(dǎo)放大器的輸入阻抗計(jì)算?


跨導(dǎo)放大器(OTA)的輸入阻抗計(jì)算需結(jié)合具體電路結(jié)構(gòu),以下從通用原理、典型結(jié)構(gòu)及高頻特性三方面展開分析:
一、通用計(jì)算方法
跨導(dǎo)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(yīng)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(jié)構(gòu),但需注意實(shí)際測量需在穩(wěn)定工作狀態(tài)下進(jìn)行,避免瞬態(tài)響應(yīng)干擾。
二、典型結(jié)構(gòu)下的輸入阻抗分析
差分對結(jié)構(gòu)
雙極型晶體管差分對:輸入阻抗主要由基極電阻(r_π)和發(fā)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(dǎo))。場效應(yīng)管差分對:輸入阻抗近似為柵極電阻(R_G)的并聯(lián)值,因柵極電流極小,輸入阻抗通常高達(dá)兆歐級。
電流鏡負(fù)載結(jié)構(gòu)
電流鏡負(fù)載會(huì)降低輸入阻抗,因負(fù)載電流變化會(huì)反作用于輸入端。此時(shí)需考慮負(fù)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(lián)運(yùn)算。反饋結(jié)構(gòu)
電壓反饋:反饋網(wǎng)絡(luò)會(huì)改變輸入阻抗,具體值需結(jié)合反饋系數(shù)(β_f)和開環(huán)輸入阻抗(Z_in_open)計(jì)算:
Z_in_closed ≈ Z_in_open × (1 + A_open × β_f)
其中,A_open為開環(huán)增益。電流反饋:輸入阻抗可能顯著降低,需根據(jù)反饋電阻(R_F)和跨導(dǎo)(g_m)計(jì)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(dǎo)放大器的開環(huán)增益(A_open)隨頻率增加而下降,導(dǎo)致閉環(huán)輸入阻抗偏離低頻計(jì)算值。例如,增益帶寬積為3MHz的運(yùn)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(yīng)
輸入端寄生電容(C_in)與輸入阻抗形成復(fù)數(shù)阻抗,高頻時(shí)輸入阻抗的模值下降,相位角滯后。此時(shí)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(shù)單位。電感等效模型
在高頻段,跨導(dǎo)放大器的輸入端可能呈現(xiàn)電感特性,輸入阻抗隨頻率升高而增加。此現(xiàn)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(guān)。
責(zé)任編輯:Pan
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