在跨阻放大器（TIA）電路中，瞬態(tài)二極管（TVS）主要用于保護(hù)關(guān)鍵元件（如光電二極管、運(yùn)放）免受瞬態(tài)過壓事件的損害。以下是其具體作用及原理：

1. 輸入端TVS的作用

• 靜電放電（ESD）保護(hù)：

• 光電二極管或TIA輸入端可能因人體接觸、設(shè)備插拔等引入ESD脈沖（電壓可達(dá)數(shù)千伏），導(dǎo)致運(yùn)放輸入級或光電二極管擊穿。

• TVS作用：在ESD脈沖到達(dá)敏感元件前，TVS迅速導(dǎo)通，將電壓鉗位在安全范圍內(nèi)（如±10V），避免元件損壞。

• 過壓浪涌抑制：

• 電源波動(dòng)、雷擊或外部干擾可能引發(fā)輸入端過壓。

• TVS作用：通過鉗位電壓，限制輸入電壓不超過運(yùn)放或光電二極管的絕對最大額定值（如±15V）。

2. 輸出端TVS的作用

• 輸出過壓保護(hù)：

• TIA輸出可能因反饋網(wǎng)絡(luò)故障、運(yùn)放飽和或外部干擾導(dǎo)致電壓異常升高（如超過供電電壓）。

• TVS作用：鉗位輸出電壓，防止后續(xù)電路（如ADC、MCU）因過壓損壞。

• 防反接保護(hù)：

• 若TIA輸出端意外接反電源，TVS可限制反向電壓，保護(hù)運(yùn)放輸出級。

3. TVS的關(guān)鍵特性與選擇依據(jù)

4. TVS在TIA中的典型應(yīng)用場景

• 光電探測系統(tǒng)：

• 光電二極管輸出微弱電流（pA~μA級），輸入端TVS需高靈敏度且低漏電，避免干擾正常信號。

• 高速光通信：

• 輸出端TVS需兼顧高頻特性（低寄生電容），避免影響信號帶寬。

• 工業(yè)傳感器接口：

• 環(huán)境干擾可能導(dǎo)致輸入/輸出過壓，TVS需可靠鉗位并長期穩(wěn)定工作。

5. TVS與普通穩(wěn)壓二極管的對比

特性	TVS二極管	穩(wěn)壓二極管
響應(yīng)速度	皮秒級（快速鉗位）	微秒級（較慢）
功率承受能力	高（瞬態(tài)功率可達(dá)數(shù)千瓦）	低（通常用于連續(xù)穩(wěn)壓）
應(yīng)用場景	瞬態(tài)過壓保護(hù)（ESD、浪涌）	連續(xù)電壓穩(wěn)壓（參考電壓源）
漏電流	較高（尤其在接近擊穿電壓時(shí)）	較低（穩(wěn)態(tài)工作）

結(jié)論：TVS專為瞬態(tài)過壓設(shè)計(jì)，而穩(wěn)壓二極管不適合用于ESD或浪涌保護(hù)。

6. 實(shí)際設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

• TVS布局：

• 輸入端TVS應(yīng)盡可能靠近光電二極管或TIA輸入引腳，減少寄生電感（影響鉗位速度）。

• 輸出端TVS需避免與反饋網(wǎng)絡(luò)相互干擾（如增加濾波電容）。

• 熱設(shè)計(jì)：

• 高頻或大功率應(yīng)用中，選擇封裝散熱性能好的TVS（如SMA、DO-218AB），或增加散熱焊盤。

• 替代方案：

• 對極低漏電要求的應(yīng)用，可考慮使用ESD保護(hù)芯片（如ESD二極管陣列），但需權(quán)衡成本和性能。

總結(jié)

在TIA電路中，瞬態(tài)二極管（TVS）的主要作用是：

1. 輸入端：保護(hù)光電二極管和運(yùn)放免受ESD和過壓浪涌損害。

2. 輸出端：鉗位輸出電壓，防止后續(xù)電路過壓損壞。

選擇TVS時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注：擊穿電壓、鉗位電壓、脈沖功率和響應(yīng)時(shí)間，并根據(jù)具體應(yīng)用場景優(yōu)化布局和散熱設(shè)計(jì)。

通過合理使用TVS，可顯著提升TIA系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。