跨阻和跨导运算放大器将电流转换为电压，将电压转换为电流。
图 1.该跨阻放大器的传递函数等于-RF。我们以仪表放大器的结束本系列的第 4 部分。与我们迄今为止描述的其他运算放大器和滤波电路一样，仪表放大器是一个电压输入、电压输出设备。然而，有时我们可能需要一个电流输入电压输出器件，称为跨阻放大器[1]，或电压输入电流输出器件，称为跨导放大器[2]或压控电流源。
问：跨导放大器是如何工作的？
答：图1显示了基本配置。因为我们知道 V- » V+ » 0，所以我们可以推导出以伏特每安培为单位的传递函数，如下所示：
问：跨阻放大器的典型应用是什么？
答：有些传感器最好被视为电流输出设备–也就是说，它们的输出电流随被测参数线性变化。例如，基于光电二极管的光电探测器产生与入射光子成正比的短路电流。如果我们将光电探测器替换为图 1 中的电流源，则输出电压表示照明水平。
图2.光电二极管两端的压降会影响线性度。问：为什么不直接用光电二极管驱动电阻器？
答：如图2所示，如果光电二极管能够产生所需的最大输出电压而不进入饱和状态，我们就可以做到这一点。但是，即使避免饱和，也会损害线性度，因为线性度随着输出电流的增加而降低，从而增加光电二极管两端的电压。如图1所示，无论二极管的输出电流如何，光电二极管两端的电压都保持在零附近。
问：这对于光电探测器来说是有道理的，但显然，这个零电压工作点不适用于太阳能电池。
答：对。太阳能电池和光电二极管的工作原理都是响应入射光子产生电流。但对于太阳能电池，我们并不关心线性度——我们只想在给定的照明水平下提取最大的功率。在图 3 中，蓝色曲线显示了太阳能电池的典型电流-电压 （I-V） 曲线。如您所说，在短路电流点 （我南卡罗来纳州），电流处于最大值，但电压和功率为零。在开路电压点（V超频），电压最大，但电流和功率为零。最大功率点 （MPP） 介于两者之间。
图 3.对于 I-V 曲线以蓝色显示的太阳能电池，MPP 出现在垂直红色箭头处。在图中，最大功率约为开路电压的 70% （V超频）乘以短路电流（我南卡罗来纳州），当单位电压和电流分别为 0.78 和 0.89 时，会出现 MPP。
问：跨导放大器有什么应用？
答：既然我们谈到了太阳能电池，我想到的一个是光伏 （PV） 电池模拟。如果您有太阳能电池在各种照明条件下的完整表征数据，则可以使用跨导放大器在实验室中回放各种照明条件，而无需太阳和云层配合。这种能力可用于下游电源转换或反相电路的设计和测试（图 4）。
图 4.跨导放大器可以促进光伏逆变器测试。通过简单的可调模拟输入，跨导放大器可以在所有可能的照明条件下模拟光伏电池。仿真功能对于开发功率转换器件的 MPP 跟踪 （MPPT） 算法特别有用，该算法可确保器件在各种照明条件下保持在 MPP 上运行。然而，对于大功率光伏电池和面板串，您需要用恒流输出模式下的开关模式可编程电源代替线性放大器以提高效率。即使是住宅光伏微型逆变器也可以有几百瓦的额定功率。
问：还有哪些其他应用？
答：跨导放大器可用于构建滤波器和振荡器。[3]跨导和跨阻放大器在使用 4-20 mA 电流环路传输命令和传感器输出的过程控制系统中也很有用。每个环路只能携带一个变量，但该技术由于其抗噪性和可靠性而仍然有用。图5显示了一个电流环路将命令传送到泵，而另一个电流环路将数据从流量传感器传回控制器。使用这些环路时，20 mA 等于 100% 满量程，4 mA 等于 0% 满量程，消除了不知道 0-mA 读数是否表示 0% 满量程或开路或短路的歧义。
图 5.4-20 mA 电流环路承载命令（蓝色）和传感器数据（红色）。在这样的系统中，跨导放大器可以将热电偶等传感器的电压输出转换为 4-20 mA 电平，跨阻放大器可以将电流信号转换为控制器或仪表所需的电压电平。电流环路跨阻放大器没有采用图1中的配置，而是利用电流检测电阻器（如我们在第2部分中讨论的那样）来避免电压转换问题。在 4 至 20 mA 系统中，跨导和跨阻放大器通常分别称为发射器和接收器。
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