在光通信領(lǐng)域，常常需要處理微弱的電流信號(hào)，而跨阻運(yùn)放正是實(shí)現(xiàn)電流到電壓精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵電路。它能將 pA 到 mA 級(jí)的微弱電流信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為易于處理的電壓信號(hào)，在光通信領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

本文將圍繞兩個(gè)核心內(nèi)容展開(kāi)：一是什么樣的運(yùn)算放大器適用于搭建跨阻運(yùn)放，二是跨阻運(yùn)放在實(shí)現(xiàn)電流與電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程中的工作原理是什么。

（1）運(yùn)算放大器的選型

1.低輸入偏置電流

放大器需要具備低輸入偏置電流，輸入偏置電流會(huì)與反饋電阻產(chǎn)生誤差電壓，對(duì)于光通信時(shí)產(chǎn)生的微小電流信號(hào)而言，會(huì)造成較大的影響，應(yīng)選擇輸入偏置電流小的運(yùn)放，降低誤差。

2. 低噪聲特性

電流噪聲會(huì)疊加在輸入電流上，降低信噪比。對(duì)于高頻微弱信號(hào)，需選擇電流噪聲密度低的運(yùn)放。

3. 帶寬高和高增益帶寬積

跨阻帶寬與反饋電阻和總寄生電容相關(guān)，處理 100MHz 電流信號(hào)時(shí)，運(yùn)放增益帶寬積需≥100MHz，保證跨組運(yùn)放的高頻性能，匹配信號(hào)的頻率需求，避免因帶寬不足導(dǎo)致的信號(hào)劣化。

4. 輸入阻抗與低輸入電容

運(yùn)放應(yīng)具有高輸入阻抗與低輸入電容，減少對(duì)電流源的負(fù)載影響，降低補(bǔ)償難度，JFET 輸入運(yùn)放輸入電容通常較小，≤5pF 為宜。另外，運(yùn)放需在寬反饋電阻范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，部分專用跨阻運(yùn)放內(nèi)置補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，且輸出要能驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路，輸出電流能力≥10mA。

（2）跨組運(yùn)放的工作原理

跨阻運(yùn)放的核心功能是實(shí)現(xiàn)電流-電壓的線性轉(zhuǎn)換，其數(shù)學(xué)關(guān)系為Vout=-Is*RF（其中RF為反饋電阻）?？缃M運(yùn)放可以將光電二極管輸出的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)便于后續(xù)進(jìn)行放大、濾波或 AD 轉(zhuǎn)換。

跨阻運(yùn)放的工作原理是基于運(yùn)放的“虛短” 和 “虛斷” 特性，通過(guò)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。在如圖所示的電路中，電流輸入接運(yùn)放反相輸入端，反饋電阻連接在運(yùn)放輸出端與反相輸入端，同相輸入端接地或參考電壓。根據(jù)“虛斷” 特性，運(yùn)放輸入阻抗極高，輸入電流幾乎全部流過(guò)反饋電阻；依據(jù) “虛短” 特性，反相輸入端與同相輸入端電壓近似相等，當(dāng)同相端接地時(shí)，反相端為 “虛地”。由此可得輸出電壓與輸入電流成正比，比例與反饋電阻直接相關(guān)。

在實(shí)際應(yīng)用中需注意補(bǔ)償設(shè)計(jì)。輸入電流存在寄生電容，與反饋電阻形成 RC 網(wǎng)絡(luò)，易導(dǎo)致電路振蕩。因此，需在反饋電阻兩端并聯(lián)補(bǔ)償電容，引入超前相位抵消 RC 網(wǎng)絡(luò)的滯后相位，確保電路穩(wěn)定工作。

跨阻運(yùn)放是處理微弱電流信號(hào)的核心電路。運(yùn)放在選型時(shí)需要關(guān)注輸入偏置電流、噪聲、帶寬和穩(wěn)定性等重要參數(shù)；在設(shè)計(jì)電路時(shí)要注意反饋電阻和補(bǔ)償電容，需要進(jìn)行阻抗匹配來(lái)平衡增益、帶寬與穩(wěn)定性，確保電信號(hào)的轉(zhuǎn)化更加準(zhǔn)確。

審核編輯 黃宇