如何测量运算放大器输入电容以将噪声降至最低

Thomas Brand

在测量运算放大器输入电容时，我应该关注什么？

答：

您必须确保测量精度不会因PCB或测试设置的杂散电容和电感而降低。您可以通过使用低电容探头、在PCB上使用短线以及避免信号走线下方的巨大接地层来最大程度地减少这些问题。

运算放大器用于各种电子电路。它们的任务是放大小电压以进行进一步的信号处理。烟雾探测器、光电二极管跨阻放大器、医疗器械甚至工业控制系统等应用都需要尽可能低的运算放大器输入电容，因为这会影响噪声成分，进而影响系统稳定性，特别是对于具有高频和增益的系统。

为了最大限度地提高相应电路的精度，必须知道运算放大器的输入电容。然而，数据手册通常不提供此信息，因此必须独立确定。这可能很困难，因为在许多情况下，输入电容只有几pF。

表1列出了运算放大器的几个不同示例及其各自的输入电容值。

 

运算放大器	运算放大器类型	输入电容
LT1792	JFET输入运算放大器	14 pF
LT1813	低噪声运算放大器	2 pF
公元826	高速双通道运算放大器	1.5 pF
ADA4097-1	低输入偏置电流/精密运算放大器	3 pF
公元8009	电流反馈运算放大器	2.6 pF

 

如何确定输入电容

确定运算放大器输入电容的一种简单方法是增加一个串联电阻（R系列），运算放大器输入如图1所示。这产生了一个一阶低通滤波器，其频率响应可由网络分析仪记录。输入电容可以根据频率响应计算。电阻 R系列通常在 10 kΩ 至 100 kΩ 范围内。

图1.利用运算放大器输入端的串联电阻，可以测量运算放大器的输入电容。

记录频率响应时，必须确保测量精度不会因PCB或测试设置的杂散电容和电感而降低。

应选择高测量分辨率，以实现最小的杂散电容。建议使用低电容 （<1 pF） 的 FET 探头。

PCB相对于地的电容也应尽可能低。这可以通过确保信号走线和串联电阻下方没有接地层来实现。

此外，应使用尽可能短的线路和（电阻）引线，以避免额外的误差源，如串联和寄生电感。

图2显示了使用网络分析仪和功率分配器的可能测试设置。

图2.用于确定运算放大器输入电容的测试设置。

功率分配器的任务是分割信号。信号1：1保持不变地馈送到网络分析仪的输入端，并通过插入的低通滤波器传递到运算放大器输入端。然后，网络分析仪根据这两个信号之间的差异生成频率响应。

对于测量本身，杂散电容C流浪需要确定。为此，在电路板上没有运算放大器的情况下施加信号。根据生成的波特图，C流浪计算公式1所示：

f1（–3 dB） 是使用网络分析仪在没有运算放大器的情况下测量的 –3 dB 转折频率，RTH1是插入串联电阻（R系列）、输入端接电阻（50 Ω）和功率分配器上的 50 Ω源阻抗（戴维宁等效值）：

接下来，将运算放大器放置在PCB上。

由于PCB的杂散电容与运算放大器的输入电容并联，因此公式1用C补充在如公式3所示：

这一次，f2（–3 dB） 是网络分析仪使用运算放大器和 R 测量的 –3 dB 转折频率TH2是插入串联电阻、输入端接电阻（50 Ω）、功率分配器的输出阻抗（50 Ω）和运算放大器共模输入阻抗（R厘米):

一般而言，对于具有CMOS输入的运算放大器，R系列<<·厘米.因此，RTH2≈·TH1公式3可以重写，如公式5所示：

然后可以使用公式1和公式5确定运算放大器的输入电容。

结论

运算放大器的输入电容可能难以测量。它通常位于pF范围内，测试设置中的寄生效应会扭曲结果。使用小型测试设置和由网络分析仪和功率分配器组成的适当测量设备，通过首先确定杂散电容（测试设置中的误差电容），然后通过频率响应确定运算放大器电路的组合电容（误差电容和输入电容），很容易确定输入电容。通过前面所示的公式，可以计算出运算放大器的实际输入电容。

审核编辑：郭婷