设计目标

设计说明

跨阻运算放大器电路可以将输入电流源转换为输出电压。电流到电压的增益基于反馈电阻。该电路能够在输入电流变化时使输入源具有恒定的电压偏置，这可以使许多传感器受益。

设计说明

1. 使用具有低偏置电流的 JFET 或 CMOS 输入运算放大器降低直流误差。
2. 可以向同相输入添加偏置电压，从而得到 0A 输入电流的输出电压。
3. 在线性输出电压摆幅（请参阅 A_ol 规格）内运行，从而更大限度地降低非线性误差。

设计步骤

1. 选择增益电阻器。
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{5\mathrm{V}-0\mathrm{V}}{50\mathrm{\mu A}}=100\mathrm{k\Omega }$
2. 选择满足电路带宽要求的反馈电容器。
   ${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}}$
   ${\mathrm{C}}_1\le \frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{k\Omega }\times 10\mathrm{kHz}}\le 159\mathrm{pF}\approx 150\mathrm{pF}\text{ (Standard Value)}$
3. 计算使电路保持稳定所必需的运算放大器增益带宽 (GBW)。
   $\mathrm{GBW}>\frac{{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}+{\mathrm{C}}_1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {{\mathrm{C}}_1}^2}>\frac{6\mathrm{pF}+150\mathrm{pF}}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{k\Omega }\times {\left(150\mathrm{pF}\right)}^2}>11.03\mathrm{kHz}$
   $\begin{array}{l}\text{where }{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}={\mathrm{C}}_{\mathrm{s}}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{d}}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{cm}}=0\mathrm{pF}+3\mathrm{pF}+3\mathrm{pF}=6\mathrm{pF}\text{ given }\end{array}$
   • C_s：输入源电容
   • C_d：放大器的差分输入电容
   • C_cm：反相输入的共模输入电容

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

德州仪器 (TI)，跨阻放大器仿真，SBOC501 SPICE 仿真文件

德州仪器 (TI)，1MHz 单电源光电二极管放大器，TIPD176 参考设计

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器