嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-82888379  13718660290
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: 23

  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: 0
    2026-08-04
    印制电路板(简称PCB)是电子设备中不可或缺的重要组成部分。它通过导电路径将电子元件连接起来,实现电路的功能。那么,印制电路板的类型和特点是什么?按层数分类1. 单面板(Single-Sided PCB)单面板是最简单的PCB类型,只有一面有导电线路,另一面为绝缘基材。它结构简单,制造成本低,适用于电子产品中电路较简单的场合。特点:结构简单,成本低廉适合低复杂度电路承载元件较少,可靠性一般2. 双面板(Double-Sided PCB)双面板在基板的两面都布有电路,元件可以安装在两面,通过导通孔实现电气连接。该类型适合中等复杂度的电路设计。特点:电路密度提高,空间利用率更好能支持较复杂电路设计价格适中,适用范围广3. 多层板(Multilayer PCB)多层板是由多张电路层通过绝缘层叠加而成的复合板,通常层数在4层及以上。多层板能实现高密度、高性能的电路设计,广泛应用于通信、计算机和航空航天领域。特点:支持高密度、高复杂度设计电气性能优越,信号完整性好结构复杂,制造成本高按基材分类1. 刚性板(Rigid PCB)刚性板使用刚性材料(如玻璃纤维布基板FR-4)制成,板体硬度高,不易弯曲,适合机械强度要求高的应用。特点:结构稳定,不变形易于标准化批量生产不适合需要弯曲的场合2. 软板(Flexible PCB)软板采用柔性材料(如聚酰亚胺或聚酯薄膜),具有良好的柔韧性,可弯曲、折叠。广泛应用于便携式设备和复杂结构电子产品。特点:可随设备形状弯曲或折叠体积小,重量轻制造工艺要求高,成本较高3. 刚柔结合板(Rigid-Flex PCB)刚柔结合板是刚性板和软板的组合,既有刚性部分保证机械支撑,又有柔性部分实现线路的弯折,常见于高端电子产品如手机、医疗设备。特点:兼具刚性板和软板的优点设计灵活,节省空间生产复杂,成本高按特殊功能分类1. 高频板使用特种基材和工艺,可支持高频信号...
  • 点击次数: 4
    2026-08-03
    利用万用表的二极管测试功能,可以简便地确定三极管的基极位置,从而进一步区分发射极和集电极。这种方法基于三极管内部两个PN结的正向导通特性,适用于多数常见三极管。三极管的基本结构与引脚功能三极管主要分为NPN型和PNP型两大类,结构上由三个区域组成:基极(B):控制电流的极极,引脚较小,电流较小;发射极(E):发射载流子,电流较大;集电极(C):收集载流子,电流较大。正确识别这三个引脚位置,是后续测量和应用的前提。准备工具与注意事项万用表:最好为数字万用表,带有二极管测试档;三极管:需测试的三极管器件;静电防护:操作时注意防静电,避免损坏元件;断电状态:测试前确保三极管与电路断开。使用万用表识别三极管引脚步骤1. 确定三极管类型(NPN或PNP)利用万用表二极管档,测量两个PN结:将红表笔接疑似基极引脚,黑表笔依次接另外两个引脚;如果两个测量均显示约0.6–0.7V的正向导通压降,则红表笔接基极,此时为NPN型;若反过来用黑表笔接疑似基极,红表笔接其余两个引脚同样显示约0.6–0.7V,则为PNP型。2. 找出基极(B)按照步骤1,基极是红表笔(NPN)或黑表笔(PNP)能对其他两个引脚都导通的那个引脚。3. 区分发射极(E)和集电极©基极确定后,剩余两脚分别是发射极和集电极。区分方法为:使用二极管档测量基极到另外两个脚的正向压降,压降较小的脚为发射极,压降较大的脚为集电极。或者用万用表测试:假设为NPN管,红表笔接基极,黑表笔测量发射极与集电极分别的导通压降。一般发射极-基极间压降约0.6V,集电极-基极间压降略大,且导通电流不同。4. 验证确认有了初步判断后,可以根据以下步骤进一步确认:测试发射极与集电极之间的二极管特性,二者间应无明显导通。对比官方数据手册,通过引脚排列验证测量结果。部分万用表带有晶体管测试功能,能直接显示型号和引脚分布。注意事项与小技巧测量时...
  • 点击次数: 3
    2026-08-03
    二极管由P型半导体和N型半导体构成PN结,当PN结两端加上电压时,二极管的导通或截止取决于加在其上的电压极性及大小:正向偏置:P区接正极,N区接负极,PN结内势垒降低,二极管导通;反向偏置:P区接负极,N区接正极,PN结势垒增大,二极管截止。这种单向导电特性是二极管最重要的功能。二极管的工作状态分类根据PN结两端的电压和电流,二极管通常有三种工作状态:正向导通状态施加正向电压,且电压超过二极管的导通阈值(一般约0.7V硅二极管),二极管导通,电流流过。反向截止状态施加反向电压,二极管不导电,电流近似为零或极小(反向漏电流)。击穿状态反向电压超过二极管的击穿电压,二极管导通造成大电流流过,可能损坏器件,除特殊用途的稳压二极管外一般应避免此状态。判断二极管工作状态的方法1. 使用万用表测量法现代数字式万用表带有二极管测试档,可以快速检测二极管状态。正向测试将万用表红表笔接二极管的P极(阳极),黑表笔接N极(阴极)。若显示电压降约0.6–0.7V,说明二极管正向导通良好。反向测试调换表笔极性,若显示“OL”(过载)或无电压表明反向截止正常。检测结果解释正向导通,反向截止:二极管正常。正向不开路(显示“OL”),反向截止:二极管开路。正向导通,反向导通(显示低值):二极管短路。2. 电路中工作状态判断在实际电路中,也可以根据测量二极管两端的电压和电流判断其状态。观察两端电压正向导通时,二极管两端电压约为导通电压(硅管约0.7V)。反向截止时,电压近似等于电源加在两端的反向电压。测量电流大小通过串联电阻测量电流大小,确认是否有导通电流。3. 使用示波器观察波形对于工作在交流或脉冲电路中的二极管,可利用示波器观察电压和电流信号。正向导通时,波形电流与电压同相。反向截止时,电流信号接近零。4. 温度判断法导通时二极管会产生一定发热,短路时发热更明显。因此结合温度判断也有一定的辅助作用。注...
  • 点击次数: 3
    2026-08-03
    LC谐振电路是由电感(L)和电容(C)元件组成的基本电子电路,在无线通信、信号处理及滤波电路中具有广泛应用。其独特的谐振特性使得它能够选择性地响应特定频率的信号。LC谐振电路的基本结构LC谐振电路通常有两种基本形式:串联谐振电路:电感L和电容C串联连接,整个电路表现为单一支路;并联谐振电路:电感L和电容C并联连接。这两种结构中,电感和电容不断交换储能,产生谐振现象。主要特性分析1. 谐振频率LC电路的最核心特性是其能够在特定的频率下发生谐振,谐振频率由电感和电容的值决定。在谐振频率处,电路的响应表现出独特性质:串联谐振:阻抗最小,电流达到最大值。并联谐振:阻抗最大,电流达到最小值。2. 阻抗特性串联谐振电路在谐振频率时,电感与电容产生的电抗相互抵消,总阻抗接近于电阻值,表现为纯阻性。并联谐振电路的阻抗在谐振频率时达到峰值,呈现高阻状态,有效隔离其他频率信号。3. 品质因数(Q值)品质因数Q表示谐振电路储存能量与能量损耗的比值,是衡量谐振电路选择性和损耗大小的重要指标。Q值越高,电路频率选择性越好,带宽越窄。高Q谐振电路能有效过滤信号杂波。4. 能量交换与振荡特性LC电路中的电感和电容交替储存磁能和电能:电感L储存磁场能量;电容C储存电场能量。这两个能量在电路中往复转换,形成振荡现象,支持持续的交流信号振荡,是振荡器和无线发射接收设备的核心。5. 频率选择性凭借谐振特性,LC电路能对特定频率的信号产生共振响应,从而显著增强或抑制某一频段的信号。这使得LC谐振电路广泛应用于:调谐电路(如无线电调谐)滤波器(带通、带阻滤波)信号选择与噪声抑制LC谐振电路应用实例无线通信:调谐接收机的频率选择部分。振荡器:产生特定频率的振荡信号。滤波器:实现频率的选择性过滤,去除干扰信号。传感器:利用频率变化检测物理量变化。
  • 点击次数: 3
    2026-08-03
    功率因数反映了变压器电流与电压之间的相位关系,影响电力系统的运行效率和负载质量。在电力传输和电子设备中,线性变压器是一种常见且重要的元件。除了变压器的容量、电压等级和效率外,功率因数也是评估其性能的重要参数之一。功率因数的基本概念功率因数(Power Factor,PF)表示交流电路中有功功率与视在功率之比,定义为:其中,P 是有功功率,S 是视在功率,⌀ϕ 是电压和电流之间的相位角。功率因数的范围通常在0到1之间,1表示电压和电流完全同相,电路功率利用率最高;0表示电压与电流相差90度,电路中无有功功率,全部为无功功率。线性变压器的功率因数范围1. 线性变压器的负载特性线性变压器以变换电压为主要功能,本身为线性元件,理想状态下其输入端表现为一种近似纯阻性负载,即电流与电压基本同相,功率因数接近1。但是,实际变压器会产生一定的磁滞损耗和涡流损耗,同时其励磁绕组表现为电感性负载,导致初级侧电流含有无功分量。因此:空载时,电流主要是励磁电流,呈感性负载,功率因数较低,通常在0.20.3左右。满载时,负载电流主导,电流与电压较同步,功率因数较高,一般接近或高于0.85。2. 功率因数的典型范围运行状态功率因数范围(约值)空载0.15 0.35轻载0.4 0.7满载0.85 1.0因此,线性变压器的功率因数范围较宽,从空载时的低功率因数到满载时的较高功率因数都有可能。影响线性变压器功率因数的因素负载类型变压器连接的负载性质直接影响功率因数,例如纯阻性负载功率因数接近1,感性或容性负载则降低功率因数。负载大小负载大小越大,变压器流过的负载电流比励磁电流大,功率因数越接近1。变压器设计和材料电芯材料、绕组方式及制造工艺会影响励磁电流大小,从而影响空载功率因数。供电电压质量电压波动、谐波含量等因素也会对功率因数产生影响。功率因数对线性变压器及电力系统的影响能耗增加低功率因数意味着系...
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
010-82888379
    1
6

二维码管理

    1
返回顶部
展开