1. 瞬态二极管在跨阻放大器中的作用

跨阻放大器（TIA）常用于将电流信号（如光电二极管输出）转换为电压信号。在输入端或输出端，瞬态二极管（TVS二极管）通常用于以下场景：

• 输入端保护：防止静电放电（ESD）或过压事件损坏运放或光电二极管。

• 输出端保护：防止输出电压超过运放或后续电路的耐压范围。

2. 瞬态二极管发热的原理

瞬态二极管在正常工作状态下（未触发钳位）几乎不导通，因此不会发热。但在以下情况下会发热：

• 过压事件触发钳位：当输入/输出电压超过TVS的击穿电压时，TVS会导通并吸收能量，将电压钳位在安全范围内。此时，TVS的导通电流和钳位电压会产生功耗（P=Vclamp×Iclamp），导致发热。

• 持续过压或高频过压：如果过压事件频繁发生或持续时间较长，TVS会持续导通，功耗增加，发热量显著上升。

3. 跨阻放大器中瞬态二极管发热的可能性

• 输入端TVS：

• 光电二极管输出电流通常较小（pA~μA级），输入端电压波动范围有限，因此触发TVS钳位的概率较低，发热风险较小。

• 但若系统存在强ESD或过压干扰（如雷击、电源波动），输入端TVS可能被触发，导致短暂发热。

• 输出端TVS：

• 跨阻放大器的输出电压可能因反馈电阻、运放增益或外部干扰而波动。若输出电压超过TVS击穿电压，TVS会导通并钳位。

• 高频信号或大信号应用（如高速光通信、脉冲激光探测）中，输出端TVS可能频繁触发，导致发热。

4. 发热的影响与风险

• 短期发热：

• 短暂过压事件中，TVS的发热通常不会导致损坏，因为TVS设计有瞬态功率承受能力（如单次脉冲功率 Ppp）。

• 长期发热：

• TVS过热损坏（如开路或短路）。

• 邻近元件（如运放、光电二极管）因温度升高而性能下降或损坏。

• 若TVS持续导通（如电源故障或系统设计缺陷），可能导致以下问题：

5. 如何避免或减少TVS发热？

• 合理选择TVS参数：

• 击穿电压（VBR）：略高于系统正常工作电压，避免误触发。

• 钳位电压（Vclamp）：尽可能低，以减少功耗。

• 脉冲功率（Ppp）：根据系统可能出现的最大过压能量选择。

• 优化电路设计：

• 在输入端，增加滤波电容或限流电阻，减少ESD或过压对TVS的冲击。

• 在输出端，确保反馈网络稳定，避免输出电压异常波动。

• 散热设计：

• 对高频或大功率应用，选择封装散热性能更好的TVS（如SMA、DO-218AB等）。

• 在PCB布局中，为TVS预留散热焊盘或热过孔。

6. 实际案例分析

• 案例1：光电二极管输入端TVS

• 光电二极管输出电流为10μA，跨阻放大器增益为10kΩ，输出电压为100mV。

• 若输入端TVS击穿电压为10V，正常工作时不会触发，发热可忽略。

• 若发生ESD事件，输入电压瞬间升至100V，TVS导通并钳位至10V，功耗为 P=(100V−10V)×IESD。若 IESD 为1A（短暂脉冲），功耗为90W，但TVS的 Ppp 可能为1500W（如SMAJ10A），因此不会损坏。

• 案例2：输出端TVS

• 跨阻放大器输出电压范围为-5V~+5V，输出端TVS击穿电压为±7V。

• 若反馈网络不稳定导致输出电压瞬态升至10V，TVS导通并钳位至7V，功耗为 P=(10V−7V)×Iclamp。若 Iclamp 为100mA，功耗为0.3W，长期发热可能导致TVS过热。

7. 结论

• 瞬态二极管在跨阻放大器中通常不会发热，但在过压事件触发钳位时会发热。

• 发热风险取决于过压事件的频率、持续时间和能量：

• 低频、短暂过压：发热可忽略。

• 高频、持续过压：发热显著，需优化设计。

• 建议：

• 选择合适的TVS参数，确保其能承受系统可能出现的最大过压能量。

• 优化电路设计，减少过压事件的发生概率。

• 对高风险应用，增加散热设计或监测TVS温度。

总结：瞬态二极管在跨阻放大器中的发热是可控的，但需通过合理设计和参数选择来避免长期过热风险。