跨导放大器的输入阻抗计算?


跨导放大器(OTA)的输入阻抗计算需结合具体电路结构,以下从通用原理、典型结构及高频特性三方面展开分析:
一、通用计算方法
跨导放大器的输入阻抗可通过测量输入端电压变化(ΔV_in)与对应电流变化(ΔI_in)的比值得到,即:
输入阻抗 = ΔV_in / ΔI_in
此方法适用于任何电路结构,但需注意实际测量需在稳定工作状态下进行,避免瞬态响应干扰。
二、典型结构下的输入阻抗分析
差分对结构
双极型晶体管差分对:输入阻抗主要由基极电阻(r_π)和发射极电阻(R_E)决定,近似为:
Z_in ≈ 2 × (r_π + (1 + β) × R_E)
其中,β为晶体管电流增益,r_π ≈ β / g_m(g_m为跨导)。场效应管差分对:输入阻抗近似为栅极电阻(R_G)的并联值,因栅极电流极小,输入阻抗通常高达兆欧级。
电流镜负载结构
电流镜负载会降低输入阻抗,因负载电流变化会反作用于输入端。此时需考虑负载晶体管的输出阻抗(r_o),输入阻抗近似为:
Z_in ≈ r_π || (r_o / (1 + g_m × R_E))
其中,“||”表示并联运算。反馈结构
电压反馈:反馈网络会改变输入阻抗,具体值需结合反馈系数(β_f)和开环输入阻抗(Z_in_open)计算:
Z_in_closed ≈ Z_in_open × (1 + A_open × β_f)
其中,A_open为开环增益。电流反馈:输入阻抗可能显著降低,需根据反馈电阻(R_F)和跨导(g_m)计算。
三、高频特性对输入阻抗的影响
增益带宽积限制
高频下,跨导放大器的开环增益(A_open)随频率增加而下降,导致闭环输入阻抗偏离低频计算值。例如,增益带宽积为3MHz的运放,在频率f下的增益约为3MHz/f,输入阻抗需考虑此衰减。寄生电容效应
输入端寄生电容(C_in)与输入阻抗形成复数阻抗,高频时输入阻抗的模值下降,相位角滞后。此时输入阻抗可表示为:
Z_in(f) ≈ R_in - j / (2πf × C_in)
其中,R_in为低频输入电阻,j为虚数单位。电感等效模型
在高频段,跨导放大器的输入端可能呈现电感特性,输入阻抗随频率升高而增加。此现象在基于CMOS工艺的OTA中尤为明显,输入阻抗可等效为:
Z_in(f) ≈ j × 2πf × L_eq
其中,L_eq为等效电感,与增益带宽积和反馈电阻相关。
责任编辑:Pan
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