Трансимпедансный усилитель преобразует ток в напряжение и часто используется для измерения небольших токов (см. рис. 1). Если ОУ идеален, т.е. коэффициент усиления и полоса пропускания равны бесконечности, входной импеданс равен нулю. Обратная связь обеспечивает виртуальный ноль на выводе V1, импеданс ТИУ равен нулю. Это важное свойство токоизмерительных схем.
Рис. 1. Трансимпедансный усилитель
Чему равен входной импеданс при конечном произведении коэффициента усиления на полосу? Частотная зависимость коэффициента усиления с разомкнутой ОС для ОРА314 показана на рисунке 2. Коэффициент усиления постоянен и равен -20 дБ на декаду на широком частотном диапазоне, 5 декад. Произведение коэффициента усиления на полосу равно 3 МГц, т.е. коэффициент усиления при любой частоте в этом диапазоне примерно равен 3 МГц/f.
Рис. 2. Частотная зависимость коэффициента усиления с разомкнутой ОС
Перемножая известные значения, получаем ответ. Входной импеданс пропорционален RF и частоте и обратно пропорционален произведению полосы пропускания на коэффициент усиления. Таким образом, импеданс носит индуктивный характер. Эквивалентная входная индуктивность усилителя равна 2πfL.
На большей части диапазона частот источник на входе видит индуктивную нагрузку. Как правило, ее стараются уменьшить. Поскольку сопротивление RF обычно подбирается в соответствии с требуемым коэффициентом усиления, это можно сделать только за счет увеличения произведения коэффициента усиления на полосу (см. рис. 3).
Рис. 3. Эквивалентная входная индуктивность усилителя
Несколько замечаний. Входное дифференциальное напряжение ОУ не равно нулю (т.е. коэффициент усиления не равен бесконечности) на большей части частотного диапазона. Оно меняется с частотой. Во-вторых, приведенные рассуждения справедливы для малых сигналов. При больших сигналах напряжение на выводе V1 увеличивается.
Предлагаем читателям придумать, как изменить модель индуктивности, чтобы в ней учитывалась конечность коэффициента усиления при открытой петле ОС?