嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-62975458  17600099251
购物车图片 购物车 ( )
全部商品分类

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

2021/3/15 10:29:34
浏览次数: 22

  兆亿微波商城为广大用户分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法,我们知道,输入电容可能会成为高阻抗和高频运算放大器(op amp)应用的一个主要规格。值得注意的是,当光电二极管的结电容较小时,运算放大器的输入电容会成为噪声和带宽问题的主导因素。运算放大器的输入电容和反馈电阻在放大器的响应中产生一个极点,从而影响稳定性并增加较高频率下的噪声增益。因此,稳定性和相位裕量可能会降低,输出噪声可能会增加。实际上,以前的一些 CDM (差模电容)测量技术依据的是高阻抗反相电路、稳定性分析以及噪声分析。这些方法可能会非常繁琐。


  在诸如运算放大器之类的反馈放大器中,总有效输入电容由 CDM与负输入共模电容(或对地的 CCM––)并联组成。 CDM 难以测量的原因之一是运算放大器的主要任务是防止两个输入不相关。与测量 CDM 的难度相比,直接测量对地的正输入共模电容 CCM+相对容易一些。在运算放大器的同相引脚上放置一个较大的串联电阻并施加正弦波或噪声源,就可以使用网络分析仪或频谱分析仪来测量由运算放大器输入电容而产生的-3 dB的频率响应。假定 CCM+ and CCM–相同,特别是对于电压反馈放大器。但是,这些年来,测量CDM变得日益困难;运算放大器的固有特性会迫使其输入相等,从而自举 CDM, 因此所使用的各种不同的技术都无法令人满意。当输入被强制分开并进行电流测量时,输出将试图进行对抗。检测 CDM的传统方法是间接测量,该方法依赖于相位裕度的降低,且因并联使用 CCM– 等其他电容而变得更复杂。


  我们希望待测运算放大器能够像客户平时的用法一样,在闭环条件下正常运行并执行功能。建议的一种可行方法是分离输入并进行输出削波,但是这可能会使内部电路无法工作(取决于运算放大器拓扑),因此实测电容可能无法反映实际工作电容。在这种方法中,不会对输入进行过度分离,以避免输入级 的非线性以及过多的输出摆幅或削波。本文将介绍一种简单直接的 CDM测量方法。


  测量CDM的新方法


  作者决定只使用增益为1的缓冲电路,并使用电流源激励输出和反相输入。输出和反相输入将仅在运算放大器允许的范围内变动。在低频下,输出的变动很小,因此通过 CDM的电流会很小。而在过高频率下,测试可能会无效,况且结果也没用。但在中频下,运算放大器的增益带宽会下降,但不至于太低,输出变动仍可提供足够大的电压激励和可测量的通过 CDM的电流。


  LTspice?的本底噪声几乎不受限制,因此可以进行简单的测试仿真,如图1所示。当发现该技术在LTspice中相当准确有效后,接下来的问题就是“我可否在现实世界中获得足够的SNR以进行良好的测量?”


兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  T该相位角几乎等于-90°,这表明阻抗是容性的。2 pF共模电容不会破坏测量,因为 CCM– 不在路径中,且1/(2 × π × Freq × CCM+) >> 1 Ω。


  挑战:找到合适的设备和实际测试设置


  如图1所示,将2 kΩ电阻串联在运算放大器的输出端,以将激励从电压源转换为电流源。这将允许节点“r”中存在小电压(它不会与在运算放大器的同相引脚中所看到的电压相差太远),并将导致小电流流入待测 CDM 的输入端之间。当然,现在的输出电压很小(由待测器件(DUT)进行缓冲),而且CDM中的电流也很小(在本仿真中为57 nA),因此在工作台上使用1 Ω电阻进行测量将很困难。LTspice.ac和LTspice.tran仿真没有电阻噪声,但现实世界中的1 Ω电阻具有130 pA/√Hz的噪声,从我们预期的57 nA 电容电流中只能产生57 nV信号。进一步的仿真表明,用50Ω或1 kΩ代替R1不会导致在目标带宽范围内的频率下流入 CCM+ 的损耗电流过大。为了获得比简单电阻更好的电流测量技术,可使用跨阻放大器(TIA)代替R1。TIA输入会连接到运算放大器的同相引脚,在该引脚上需要电流,同时电压固定为虚地以消除 CCM–中的电流。事实上,这正是Keysight/Agilent HP4192A等四端口阻抗分析仪的实现方式。HP4192A可以在5 Hz至13 MHz的频率范围内进行阻抗测量。市场上采用相同阻抗测量技术的一些新设备包括具有10 Hz至120 MHz范围的E4990A阻抗分析仪和具有20 Hz至 2 MHz范围的精密LCR表(如Keysight E4980A)。


  如下面图2测试电路所示,由于阻抗分析仪内部的TIA,运算放大器的同相引脚保持虚地状态。正因如此, CCM+的两个端子都被视为处于地电位,因此不会影响测量。DUT的 CDM 两端产生的小电流将流经TIA的反馈电阻 Rr然后由内部电压表进行测量。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  任何使用自动平衡电桥阻抗测量方法的四端口设备都是测量CDM的合适选择。它们设计为从内部振荡器产生正弦波,该内部振荡器以零为中心点,具有正负摆幅,可用于双电源供电。如果运算放大器DUT由单电源供电,则应调整偏置功能,以使信号不会发生对地削波。图3中使用了HP4192A,并显示了与DUT的详细连接。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  图4显示了确切的测试设置,以使电路板和连线对CDM的寄生电容贡献极小。任何通用电路板均可用于低速运算放大器,而高速运算放大器则需要更严格的PCB板布局。垂直接地的铜分隔板能确保输入端和输出端看不到与 DUT CDM平行的其他场路径。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  图4.HP4192A设置电路板演示。右侧为通过2 kΩ的激励和电压回读。所用DUT是贴于LB2223实验板上的8引脚SO封装的LT1792。TIA位于HP4192A内部的左侧。


  结果与讨论


  首先,在测量电路板的板电容时没有使用DUT。图4所示电路板的测量条件是16 fF电容且没有DUT。这是一个相当小的电容,可以忽略不计,因为通常 CDM 的预期值为几百至几千fF。


  使用这种新的 CDM 测量技术,可以测量大多数JFET和CMOS输入型运算放大器。为了说明该方法,以测量低噪声精度JFET运算放大器 LT1792 为例。下表列出了在一定频率范围内的阻抗(Z)、相位角(θ)、电抗 XS 和 CDM 的计算值。当相位角为-90°时,阻抗表现为纯容性。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  上述表1给出了在500 kHz至5 MHz频率范围内的测量结果。在该频率范围内的相位接近于纯容性(相位角为-89°至-90°)。同时,电抗 XS决定了总输入阻抗,即Z≈XS。 CDM 的计算平均值约为10.2 pF。最高测量频率为5 MHz,因为该器件带宽仅可达5.6 MHz。更低频率下 的结果变得非相干。推测这是由于运算放大器的行为使输出电压降低, CDM 电流迅速消减,同时XS 阻抗在低频时变大。


  还应在每个阶跃频率处检查运算放大器的输出,以确保它不会被阻抗分析仪产生的信号过驱。来自HP4192A的该信号的幅度可在0.1 V至1.1 V范围内调节,这刚好足以在运算放大器的输出中产生摆动,并使反相输入引脚中的电压电平略微发生变动。图5显示了频率为800 kHz时,运算放大器输出端的峰峰值无失真信号(绿色信号)为28 mV。2.76 V峰峰值幅度(1 V rms)的黄色信号是直接从分析仪的振荡输出端口探测得的。公平起见,可以任意决定不允许输出失真,不论是对DUT还是对HP4192A检波器。尽管该设置相对来说并不受探头效应的影响,但在获取阻抗和相位的实际数据时已经将探头移除。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  我们进行了在不同电源电压下测量 CDM 的测试。 CDM 对电源和共模电压的依赖性会随运算放大器的不同而有所不同;不同的拓扑和晶体管类型预计会导致高压电源和低压电源不同的结寄生效应。表2给出了电源稳定在±5 V范围内LT1792的结果。 CDM 的测量平均值为9.2 pF,与采用±15 V电源时的结果10 pF相当接近。因此,可以得出结论,LT1792的 CDM 不会随电源电压的改变而发生显著变化。这与其 CCM形成了鲜明的对比,后者会随电源电压发生显著变化。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  同时,双极性输入运算放大器几乎与其FET同类产品一样简单。但是,由于它们与 CDM电流并联,因此它们的高输入偏置电流和电流噪声较为明显。此外,双极性差分对输入内在的固有差分电阻 RDM 也与 CDM并联。表3以低噪声精密放大器ADA4004为例,显示了其阻抗测量。显然,相位并不表示纯容性行为,因为它远离-90°。尽管4 MHz、5 MHz和10 MHz频率非常接近,但并联等效阻抗RC模型将适合本例,以便能够从其他电阻中提取出 CDM。因此,表3中显示了在一定频率范围内的并联电导 GP, 电纳 BP和 CDM 的计算值,其中假定 CP P等于 CDM。

兆亿微波商城为您分享直接测量运算放大器输入差分电容的方法

  根据表3中的结果,可以估算出ADA4004的 CDM 约为6.4 pF。结果还表明,在表3所示的整个频率范围内, CDM 具有相当大的并联电导 GP,并非纯容性 CDM。测量显示该双极性运算放大器的实际输入差分电阻约为40 kΩ (1/25 μS)。


  附注:我们尝试了对其他类型运算放大器进行测量,例如零漂移运算放大器(LTC2050) 和高速双极性运算放大器 (LT6200)。结果非相干,推测原因是零漂移运算放大器中的开关伪现像以及高速双极性运算放大器中的过大电流噪声。


  参考结论


  测量CDM 并不困难。需要注意的一点是,HP4192A以幅度和角度报告阻抗。电容读数假定为简单的串联RC或并联RC,而运算放大器的输入阻抗可能要复杂得多。电容读数不应仅使用表面标称值。每个运算放大器均具有各自的独特情况。输入阻抗由容性电抗主导的频率范围可能因设计而异。输入级设计、所用器件和工艺、米勒效应以及封装都可能对差分输入阻抗及其测量产生很大的整体贡献。我们对JFET输入运算放大器和双极性输入运算放大器进行了测量,展示 CDM 结果以及双极性输入运算放大器的 RDM 结果。


在线留言询价
推荐阅读
  • 点击次数: 4
    2026-06-18
    磁珠是一种常见的电子元器件,广泛应用于电路中的噪声抑制和信号滤波。那么,磁珠到底是电感还是电阻?它的具体作用又是什么呢?问:磁珠属于电感还是电阻?磁珠本质上是一种磁性材料制成的铁氧体芯,在线圈状结构中表现出频率相关的阻抗特性,通常具有电感和电阻的复合性质。电感特性:磁珠在低频时表现为较小的电感作用,阻抗较低。电阻特性:随着频率升高,磁珠由于铁氧体材料的磁滞损耗和涡流效应,会产生较大的等效串联电阻(ESR),表现为阻性的特征。因此,磁珠既不是单纯的电感,也不是纯电阻,而是一种频率相关阻抗元件,其阻抗通常表现为电阻和电感的复合体。磁珠的作用磁珠的主要作用是抑制高频干扰和噪声,保护电路的正常工作。具体包括:高频噪声滤波磁珠对高频信号具有较高阻抗,能有效阻止高频噪声和电磁干扰(EMI)沿导线传播,从而净化电源和信号线。减少共模和差模干扰通过抑制噪声电流,磁珠有助于减少共模和差模干扰,提高电路的电磁兼容性。保护敏感元件避免高频尖峰和干扰信号对敏感芯片或模块造成损坏,提升系统的稳定性和可靠性。简化滤波设计磁珠体积小、结构简单,易于应用在PCB板上,常作为电源线和信号线的第一道滤波元件。综上所述,磁珠不是单纯的电感或电阻,而是频率相关的复合型阻抗元件,兼具电感和电阻特性。其主要作用是抑制和滤除高频噪声,提高电路抗干扰能力,保护电路正常运行。
  • 点击次数: 2
    2026-06-18
    共模电感作为抑制共模干扰的重要元件,被广泛应用于电源滤波、电磁兼容(EMC)设计及信号线降噪等场合。那么它在使用的过程中该如何选择大小呢?首先共模电感的“大小”选择并非只是单纯的看物理体积,而是通过各种参数信息的综合匹配。共模电感的基本作用和参数共模电感主要用于抑制对电源或信号线产生的共模噪声,即所有信号线上同时存在且方向相同的干扰信号。常见的共模电感参数包括:电感值(L):决定共模信号的抑制能力,通常以微亨(μH)为单位。额定电流(Ir):电感能够稳定工作的最大直流电流。直流电阻(DCR):影响系统功率损耗。自谐频率:影响高频性能。耐压等级:满足系统电压要求。共模电感大小选择的关键因素1. 工作电流大小共模电感需要承受电路中的最大工作电流,否则电感可能因电流过大而出现磁芯饱和,导致抑制效果急剧下降。选择时应确保额定电流不低于电路最大工作电流,有一定裕量(一般建议裕量20%-30%)。2. 需要抑制的频率范围不同电感值对应不同的频率特性。较大的电感值适合抑制低频干扰,较小的电感值适合高频抑制。根据所需滤波频段确定电感值,避免选用超过或低于实际需求的电感。3. 抑制的共模干扰强度较强的共模干扰需要较大电感值和更高的饱和电流容量才能有效抑制,因此在干扰较大时,需选择磁芯材质优良且电感值合适的共模电感。4. 系统工作电压及安全规范确保共模电感的耐压等级满足系统工作电压标准,防止电压击穿风险。5. 功率损耗和阻抗要求考虑电感的DCR对系统的影响,尽量选用低直流电阻的电感以减少无谓的功率损耗,提升系统效率。选型的基本步骤(仅供参考)确认最大工作电流:例如电路最大电流为3A,应选择额定电流≥3.6A的共模电感。确定滤波频率范围:根据干扰频率,选用适合频率范围的电感值,比如10μH适合中低频抑制,1μH适合高频。评估实际应用环境:考虑工作温度、体积限制等因素。查阅产品规格书:对比所选电感...
  • 点击次数: 2
    2026-06-18
    电感器作为电子电路中的重要无源元件,广泛用于滤波、储能、抗干扰等多个领域。环形电感因其结构紧凑、磁路闭合和磁泄漏小等优点,被广泛应用于各种电子设备中。不同材质的环形电感对性能有显著影响,那么该如何进行挑选呢?环形电感的主要材质分类环形电感的磁芯材质主要决定了其电性能,包括电感值、饱和磁通密度、损耗等。常见磁芯材质包括:铁氧体核心铁粉芯(铁粉复合材料)非晶合金和纳米晶材料空心(空气芯)不同材质环形电感的特点1. 铁氧体环形电感特点:铁氧体磁芯具有高磁导率,低导电性,磁损耗较小,适合高频应用。常见铁氧体材料适用频率范围广泛,价格较低。优点:磁性能稳定,高频损耗低,抗电磁干扰能力强。缺点:饱和磁通密度相对较低,易产生磁芯损耗;机械强度较脆,不适合大电流环境。适用场景:高频滤波器、RF电路、开关电源等。2. 铁粉芯环形电感特点:铁粉芯通过将铁粉和绝缘胶粘剂混合制成,磁导率低于铁氧体,但饱和磁通密度较高。优点:可承受大电流,适合中低频大功率应用;磁芯损耗较小,散热性能好。缺点:高频性能较铁氧体差,频率响应限制较大。适用场景:电源滤波、变压器、中低频稳压电路。3. 非晶合金和纳米晶环形电感特点:非晶质和纳米晶材料具有高磁导率、低磁损耗、高饱和磁通密度的优点,是新型高性能磁芯材料。优点:能有效降低噪声和能量损耗,提高电感性能和效率;尤其适合高频高功率应用。缺点:成本相对较高,生产工艺复杂。适用场景:高端电源、高频变换器、精密仪器。4. 空心环形电感特点:无磁芯,电感完全由线圈本身的电磁感应作用产生。优点:无磁芯损耗,适合非常高频率场合。缺点:感值较小,体积较大,不适合高功率应用。适用场景:射频电路、高频振荡器。挑选环形电感的注意事项及建议根据工作频率选择材质高频信号推荐铁氧体材料或非晶纳米晶材料;中低频大电流应用推荐铁粉芯;超高频应用可选空心电感。考虑电流和功率需求大电流场合优先铁粉芯或...
  • 点击次数: 3
    2026-06-18
    功率电感作为电子电路中的关键元件,广泛应用于电源管理、变换器和滤波器等高功率场合。虽然它看似只是一个简单的被动元件,但在实际工作过程中,由于其内部线圈的电阻及磁芯的能量损耗,功率电感会产生一定的热量。因此,进行有效的散热是保障功率电感性能和寿命的必要措施。功率电感发热的原因1. 铜损(线圈电阻损耗)功率电感的线圈由导电金属线绕制,如铜线。电流通过线圈时,线圈电阻会产生焦耳热(I²R损耗),这是功率电感发热的主要来源之一。随着电流增大,损耗增加,温度自然升高。2. 铁损(磁芯损耗)功率电感内含磁芯材料(铁氧体、铁粉或其他磁性材料),其磁性能使得电感产生磁能存储和释放。磁芯在交流磁场作用下会产生磁滞损失和涡流损失,统称铁损。这些损耗也会转化为热量,使功率电感升温。3. 高频损耗在高频工作环境下,皮肤效应和邻近效应会导致导体的有效电阻增加,进一步加剧铜损。磁芯高频损耗也随频率增加而升高,导致整体发热更为明显。功率电感必须散热的原因1. 保证元件性能稳定功率电感温度过高时,其电感值可能发生漂移,影响电路的正常工作。例如,磁芯材料在高温下磁导率降低,导致电感量降低,影响电源滤波和能量传输效率。2. 延长使用寿命长期高温会加速线圈绝缘材料的老化,降低电感的绝缘强度,导致短路或开路故障。同时,磁芯材料在高温下性能衰退,整体寿命缩短。散热有效降低温升,是延长功率电感寿命的关键。3. 提高系统可靠性功率电感作为关键部件,其失效可能导致整机故障、性能下降,甚至安全问题。在设计中通过散热设计确保功率电感温度控制在安全范围内,是保障整体系统稳定运行的重要一环。4. 防止热失控如果功率电感因散热不良导致温度持续升高,可能引起热失控,损坏元件甚至引发火灾等安全隐患。因此散热设计也是安全防护的必要措施。功率电感散热的常用方式自然散热:依靠空气对流和元件表面辐射散热,适合功率较小的场合。金属散热...
  • 点击次数: 3
    2026-06-18
    在电子电路设计中,电感器是不可或缺的重要元件。根据封装和安装方式的不同,电感器主要分为贴片电感和插件电感两大类。下面就简单了解一下插件电感都有哪些类型吧!插件电感指的是通过电路板上的孔洞安装的电感器。这类电感通常体积比贴片电感大,电感量范围宽广,适用于功率较大或电流较高的电路环境。插件电感在传统电子设备和一些特殊应用场景中依然有其不可替代的优势哦!常见的插件电感类型1. 螺旋绕线插件电感这是最基本也是最常见的插件电感类型。其线圈绕制在铁芯或空气芯上,体积较大,电感值范围宽,适用于滤波、储能和阻抗匹配等功能。根据线圈形状,螺旋绕线电感还可以分为圆形、方形等。2. 铁芯插件电感铁芯电感在线圈内部或外部配备铁芯(如铁粉芯、铁氧体芯),能增强电感量和磁场集中性能,适于大电流和高频应用。常用于电源滤波器、电流传感器和变压器等场景。铁芯材料不同,性能和用途也有所差异。3. 空芯插件电感此类电感不使用铁芯,线圈直接绕制在绝缘骨架上,因没有铁芯,频率响应较好,适合高频信号处理。其缺点是电感值较小,适合用于高频滤波和射频电路。4. 共模插件电感共模电感通常由两个或多个绕组组成,用于滤除共模干扰信号,广泛应用于电源线滤波和EMI抑制。插件形式的共模电感适合通过较高电流的线路,具有较强的抗干扰能力。5. 电感线圈组件(电感器组件)这类产品通常将多个电感线圈和相关电子元件集成在同一插件封装内,用于特定功能模块,如电源模块或滤波模块,简化设计,提高可靠性。通过上述了解,可以得知插件电感的类型多样,每种类型根据其结构与材料对应不同的应用场景。
热门分类
关于我们

───  公众号二维码  ───

兆亿微波商城微信公众号

兆亿微波商城www.rfz1.com是一个家一站式电子元器件采购平台,致力于为广大客户提供高质量、高性能的电子元器件产品。产品覆盖功放器件、射频开关、滤波器、混频器、功分器、耦合器、衰减器、电源芯片、电路板及射频电缆等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、BOM配单及提供产品配套资料等,为客户提供一站式供应链采购服务。 

  • 品质 • 正品行货 购物无忧
  • 低价 • 普惠实价 帮您省钱
  • 速达 • 专业配送 按时按需
Copyright ©2020 - 2021 兆亿微波科技有限公司
X
1

QQ设置

    1
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

电话 电话 电话
010-62975458
    1
6

二维码管理

    1
返回顶部
展开