【经验】可用于I-V转换的精密、高速和对数运算放大器，满足光电采集、高阻抗传感器信号采集和光功率检测的要求

时间： 2021-03-18 来源：思瑞浦

代理服务

技术支持

采购服务

本文将介绍运算放大器的I-V转换应用。首先了解一下运算放大器中的I_B和I_OS这两个参数在I-V应用中的影响。理想的运算放大器的I_B和I_OS都是为0，现实的运算放大器在它的输入管脚都会吸收或输出少量的电流，如图1所示。

图1

其中I_B是定义的输入偏置电流，I_OS是定义的输入失调电流，I_OS的量级通常比I_B小的多，实际应用中可以只用考虑I_B的大小，而I_B的大小通常和运算放大器的制造工艺和ESD架构相关：

I_B= ( I_P+I_n) /2

I_OS=(I_P-I_n)/2

Bipolar工艺的I_B远大于CMOS工艺的I_B，依CMOS运算放大器为例，CMOS工艺运算放大器输入Pin内部是接MOSFET的栅极，不消耗任何电流，但运算放大器的同相/反相输入Pin通常存在ESD保护二极管，会有极小的反相电流存在（通常是pA级大小），如图2所示。

图2

反相电流是少数载流子参与电荷移动形成的电流，少数载流子受温度影响严重，通常环境温度每升高10℃，二极管PN结反相电流都会增加1倍。

电流-电压转换器也称为跨阻放大器(TIA)，如图3所示。

图3

输入电流IS，Vo=A*IS ，这里A是电路增益，单位是V/A。假定I_B=0，也就是理想放大器，则Vo=-R*IS 。I_B的存在，实际运算放大器的输出是：Vo=-R*(IS-I_n）=-R*(IS-I_B)

R的值决定了系统的增益，为了实现更高增益通常提高R的阻值，但实际应用中R的提高并不能线性提高系统增益。较小阻值的T型网络可实现高增益的应用，如图4a所示：

图4a

但此电路对运算放大器的Vos有一定的要求，不适合选Vos太大的运算放大器，此时的运算放大器的输出电压：

Vo=-K*R2*IS+Vos*(1+R2/R1)

其中K=1+R/R1+R/R2

R也可看成一个Z(S)阻抗，其中S是复频率，在一些高频应用中，如图4b的等效输入模型，需要考虑运算放大器的同相/反相输入Pin间的电容带来的漏电的影响。当然为减少I_B的特殊ESD架构和低输入Pin间电容的运算放大器对系统性能的提升很有帮助。

Vo(s)=-Z(S)*IS(S)

图4b

最常见的I-V转换应用是光电流或光电导检测、高阻抗传感器电流检测等，如实现宽范围电流检测，可在反馈网络中加入低R_dson、低I_OFF的模拟开关实现多量程切换，如图5所示：

图5

3PEAK（思瑞浦）的TP24xx系列运算放大器采用CMOS工艺生产、低Vos(<1mV)、严格的I_B（<200pA MAX）测试，满足精密光电采集、高阻抗传感器高精度信号采集应用。

模拟开关TPW3125具有高带宽（250MHz）、低R_dson（<5Ω）、低ON/OFF漏电流（<0.1uA MAX）, 适合多量程测量应用。

对数放大器也是一种I-V转换器，其传递函数是：

V_LOG=V_Y*Log_b(I_S/I_R)

其中V_Y是输出比例因子，3PEAK的对数放大器TPA8304是0.2V，I_R是输入基准电流，b为基底，通常是10，V_LOG是对数放大器输出，I_S是输入电流。

三极管的V_be电压和输入电流有一定的对数关系，对数放大器的实现就是利用了BJT的指数特性，集电极电流ic是按照指数规律与基极-射极间V_be关系为：

ic=I_S*exp(V_be/V_T)

其中V_T为电压档量，常温下约为26mV，I_S为集电极饱和电流

V_BE=V_T*ln（i_C/I_S）

图6中ic=VS1/R，同时考虑到运算放大器的V_OS和运算放大器的I_B，ic=((VS1-V_OS)/R)-I_B_{_，}其传递函数为：

V_O=-V_T*ln((VS1-V_OS-R*I_B)/(R*I_S))

图6

单电源5V供电，TPA8304内部提供一个固定的2.0V基准，内部温度补偿电路保证宽温度范围的很好的Log（对数）一致性，内置独立运算放大器，方便满足额外增益的实际应用。快速动态相应特性：

· 10nA到10uA阶跃相应时间0.5us

· 10uA到1nA 阶跃相应时间3us

图7 TPA8304内部框图

TPA8304可实现1nA到10mA电流7dec（DR为动态范围，定义为DR=Logb(I_smax/I_smin)的数据压缩，10nA至1mA范围，0.25dB的动态误差，实现光路系统的光功率监测的EDFA、VOA等应用。

图8 TPA8304 Log特性

I-V转换应用范围广，从光电检测、高阻抗传感器信号采集，到光功率检测等应用，3PEAK均有合适的精密、高速和对数运算放大器产品满足多种应用要求。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由宝丁转载自思瑞浦，原文标题为:运算放大器的I-V转换应用，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

平台合作

提交评论

全部评论（0）

暂无评论

【经验】思瑞浦车规级高压精密运算放大器TPA1882Q-VR-S设计经验

思瑞浦国产车规级高压精密运算放大器TPA1882Q-VR-S，通过AEC-Q100认证，工温−40到125℃。工作电压范围4.5V至36V，低失调电压50μV、带宽12MHz、转换速率10V/μs，静态电流2mA。

2022-12-06 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

【经验】思瑞浦TPW3157N负压模拟开关芯片用于室外大功率基站系统的开发经验分享

伴随着目前电子行业的飞速发展，为了更好的设计室外大功率基站系统，现在不少人选用思瑞浦的TPW3157N负压模拟开关芯片进行设计。本文我们针对TPW3157N设计情况做下简单分析，希望对大家能有所帮助。

2022-09-23 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

pin-pin替代TP2414-SR高精度高转换速率轨至轨运算放大器SGM724XS14/TR，成本降低50%

为实现低成本高性能pin-pin替代3PEAK公司TP2414-SR高精度高转换速率轨至轨运算放大器，推荐选用国产圣邦微SGM724XS14/TR，采用SOIC-14封装，具有11MHz更高增益带宽、8.5V/μs更高的压摆率、1.1mA单运放静态工作电流等特性方面具有更出色的特性参数，具有更高的数据传输能力和更出色的低功耗特性。

2019-02-13 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

思瑞浦（3PEAK）接口产品选型表

RS-485：支持 3V/5V 、半双工、有极性和无极性的 RS-485/-422收发器，最高速速率20M，支持1.8V IO,省去电平转换电路，形成单芯片解决方案。RS-232：单电源供电的 RS-232通信接口芯片,低功耗、高数据速率、外围电路简单。CAN：±30V共模电压，8K ESD CAN收发器。电平转换：I2C电平转换，热插拔缓冲器及IO扩展芯片。MLVDS：4路LVDS接收器，传输速率最高可达400Mbps。

IQ(Typ.)(1 Channel)(μA)

选型表 - 思瑞浦立即选型

【IC】思瑞浦飞安级运算放大器TPA3530，电压范围4.5V至16V，输入偏置电流仅100fA

思瑞浦3PEAK推出飞安级输入偏置电流运算放大器TPA3530。产品工作电压范围4.5V至16V，输入偏置电流仅为100fA，非常适合需要低偏置电流的光电二极管跨阻和传感器接口电路。

2025-01-08 - 产品代理服务技术支持采购服务

【应用】运算放大器TP2272在正弦波控制BLDC电流检测中的应用

本文描述了运放建立时间和ADC的采样误差关系，以及思瑞浦运算放大器TP2272在正弦波BLDC电流检测中的应用。

2021-07-25 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【选型】国产高速运算放大器TPH2501-CR用于电子烟，转换速率高达180V/μs

电子烟电路部分包括MCU、电源管理、锂电池、气压传感器、雾化器、运算放大器、功率放大管、显示模块等。其中运算放大器功能是将微弱的小信号放大为大信号给到MCU处理，本文给大家介绍一款国产的运放，它就是3PEAK的TPH2501-CR。

2022-12-22 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

TPA6551/TPA6552/TPA6554 5 V、10 MHz GBWP、低噪声运算放大器

该资料介绍了TPA655x系列运算放大器，这是一款低噪声、低功耗的高频响应运算放大器。它具有10MHz带宽、3V/μs的转换速率和低失真，适用于音频设备、仪器仪表、传感器接口和物联网设备等领域。

思瑞浦 - GBWP, LOW-NOISE OP AMPS,OP-AMPS,运算放大器,CMOS双通道RRIO运算放大器,OP AMPLIFIERS,CMOS SINGLE RRIO OP-AMPS,CMOS QUAD RRIO OP-AMPS,CMOS单RRIO运算放大器,CMOS DUAL RRIO OP-AMPS,CMOS四通道RRIO运算放大器,GBWP，低噪声运算放大器,TPA655X FAMILY,TPA6551U-S5TR,TPA655XN SERIES,TPA6551-SC5R,TPA6551N-S6TR,TPA6551U,TPA6551-S5TR,TPA6554-TS2R,TPA655X SERIES,TPA6552-SO1R,TPA6554-SO2R,TPA655X,TPA6551,TPA6551N,TPA6552,TPA6551U-SC5R,TPA6552-VS1R,TPA6554,音响设备,AUDIO EQUIPMENT,仪表,INSTRUMENTATION,SENSOR INTERFACE,传感器接口,IOT 设备,IOT DEVICE

2023-03-28 - 数据手册 - Rev.A.0 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

【产品】适用于模拟或数字多路复用器/解复用器应用的模拟开关，带宽高达200MHz

TPW4051、TPW4052和TPW4053是思瑞浦推出的一些列模拟开关，适用于模拟或数字多路复用器/解复用器应用。该系列产品均采用增强工艺设计，可提供更低的功耗，同时提供高开关速度。该系列产品可与多路复用器或多路解复用器一样良好工作，并且输入范围可扩展到电源。

2022-02-15 - 产品代理服务技术支持采购服务

【选型】国产运算放大器LM358可与TL022 PTP 兼容互换，偏置电流仅60pA

TL022是一款双低功耗的运算放大器，它被广泛应用于各种模拟电路设计中。由于疫情原因及国产化，所以需要找一款能够满足整体性能的国产替换料，对此本文推荐思瑞浦推出的一款LM358运算放大器，其能够与TL022进行pin to pin互相兼容替换。

2021-12-01 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

TPW3125-S低压6Ω单刀双掷模拟开关

TPW3125是一款高性能的单刀双掷（SPDT）模拟开关，具有极低的导通电阻和宽电压范围。该器件适用于便携式应用，具有低静态电流和快速开关时间，适用于工业控制系统、电池供电系统和音频信号路由等应用。

思瑞浦 - 高性能单刀双掷模拟开关,HIGH PERFORMANCE SPDT ANALOG SWITCH,LOW-VOLTAGE, 6-Ω SPDT ANALOG SWITCH,HIGH PERFORMANCE SINGLE-POLE/DOUBLE- THROW ANALOG SWITCH,低压6Ω单刀双掷模拟开关,TPW3125-S,TPW3125L1-SC6R-S,TPW3125,便携式仪器,PORTABLE INSTRUMENTS,INDUSTRY CONTROL SYSTEMS,BATTERY-POWERED SYSTEMS,电池供电系统,工业控制系统,MOBILE DEVICE,移动设备,音频信号路由,AUDIO SIGNAL ROUTING

2024-05-29 - 数据手册 - Rev.A.0 代理服务技术支持采购服务查看更多版本