如何测量运算放大器的传输特性，运算放大器电容计算
chanong
|作者：Thomas Brand，ADI 现场应用工程师
问题：
测量运算放大器的输入电容时应注意什么？
回答：
从Analog Devices 的角度来看，确保测量精度不受PCB 或测试装置上的杂散电容或电感的影响非常重要。您可以通过使用低电容探头、在PCB 上使用短走线以及避免在信号走线下使用大面积接地区域来尽可能避免这些问题。
如今，运算放大器广泛应用于各种电子电路中。这些用于放大小电压以执行进一步的信号处理。烟雾探测器、光电二极管跨阻放大器、医疗设备甚至工业控制系统等应用都要求运算放大器的输入电容尽可能低。这是因为它影响噪声增益，从而影响系统的稳定性。特别是对于高频和高增益系统。
为了使相应电路尽可能准确，需要知道运算放大器输入电容的大小。然而，数据表中通常不提供此信息，必须根据具体情况确定。这可能很困难，因为输入电容通常只有几个pF。
ADI 在表1 中列出了几种不同的运算放大器示例及其输入电容值。表1. 各种运算放大器及其输入电容值
运算放大器
运算放大器的类型
输入容量
LT1792
JFET 输入运算放大器
14皮法
LT1813
低噪声运算放大器
2皮法
AD826
高速双通道运算放大器
1.5pF
ADA4097-1
低输入偏置电流/高精度运算放大器
3pF
AD8009
电流反馈运算放大器
2.6pF
如何确定输入容量
图1 显示了一种通过添加与运算放大器输入串联的电阻器(RSERIES) 来确定运算放大器输入电容的简单方法。这将创建一个一阶低通滤波器，其频率响应可以记录在网络分析仪上。输入电容可以根据频率响应计算出来。 RSERIES 电阻器通常为10k 至100k。
图1. 在运算放大器的输入中添加串联电阻后，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受PCB或测试设备的杂散电容和电感的影响。
为了提高测量分辨率，必须尽可能减少杂散电容。我们建议使用低电容(1 pF) FET 探头。
PCB 对地电容应尽可能低。这可以通过确保信号走线或串联电阻下没有接地层来实现。
此外，走线和（电阻）引线应尽可能短，以避免额外的误差源，例如串联和寄生电感。
图2 显示了一种可能的测试配置，其中包括网络分析仪和功率分配器。
功率分配器负责对信号进行分配。信号1:1 直接馈送到网络分析仪的输入端，并在到达运算放大器的输入端之前通过插入的低通滤波器。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。
图2. 用于确定运算放大器输入电容的测试设置。
为了进行测量，必须确定杂散电容CSTRAY。首先，在未安装运算放大器的情况下测量电路板上的信号。根据生成的波特图，使用公式1 计算CSTRAY。
f1 (3dB) 是使用不带运算放大器的网络分析仪测得的3dB 转角频率。 RTH1 与插入的串联电阻(RSERIES)、输入终端电阻(50) 和功率分配器(Thevenin) 相同。产品）。 50源阻抗的函数：
接下来，将运算放大器连接到PCB。
由于PCB 杂散电容与运算放大器输入电容并联，因此将CIN 添加到公式1 中，如公式3 所示。
其中，f2 (3dB) 是使用配备运放RTH2、插入串联电阻、输入终端电阻(50) 和功率分配器输出电阻(50) 的网络分析仪测得的3dB 转角频率。运算放大器(RCM) 的共模输入阻抗表示为以下函数：
一般来说，对于具有CMOS 输入的运算放大器，它是RSERIES RCM。因此，RTH2 RTH1，方程3 可以重写为方程5。
运算放大器的输入电容可使用公式1 和公式5 确定。
结论是
运算放大器的输入电容很难测量。通常它只有几个pF，并且测试设置中的寄生效应可能会导致测量结果失真。然而，Analog Devices 认为，使用小型测试装置和由网络分析仪和功率分配器组成的适当测量设备可以轻松确定输入电容。首先，确定杂散电容（测试设置的误差电容），然后根据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）。根据上面的公式，我们可以计算出运放的实际输入电容。