煙霧探測(cè)器、光電二極管跨阻放大器、醫(yī)療儀器儀表、工業(yè)控制系統(tǒng)和壓電傳感器接口等應(yīng)用需要具有低輸入電容的運(yùn)算放大器。例如，CMOS輸入運(yùn)算放大器在放大電容傳感器輸出或來自高阻抗源的小信號(hào)時(shí)需要最小的輸入電容。輸入電容還會(huì)影響反饋路徑中的極點(diǎn)，這可能導(dǎo)致高增益、高頻應(yīng)用中的不穩(wěn)定。通過最小化此輸入電容，您可以增加相應(yīng)的極點(diǎn)頻率，直到它對(duì)電路的影響可以忽略不計(jì)。

測(cè)量運(yùn)算放大器的輸入電容并非易事，特別是當(dāng)該值只有幾皮法時(shí)。如此低的值也給在生產(chǎn)測(cè)試期間篩選運(yùn)算放大器帶來了困難。因此，半導(dǎo)體公司通常只提供該參數(shù)的典型值，使用仿真結(jié)果和對(duì)幾個(gè)已知良好單元的臺(tái)架測(cè)量。以下討論可以幫助系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)人員或QA工程師準(zhǔn)確確定任何運(yùn)算放大器的輸入電容，從而在實(shí)驗(yàn)室中提供健全性檢查。

在萬用表上觀察輸入電容的直接方法在幾納法以下是不切實(shí)際的。一種簡單而有效的替代方法是插入一個(gè)與運(yùn)算放大器輸入串聯(lián)的大電阻（圖 1）。在網(wǎng)絡(luò)分析儀上繪制所得一階低通RC濾波器的頻率響應(yīng)（即波特圖）可以計(jì)算運(yùn)算放大器的輸入電容。聽起來很簡單，但您必須采取預(yù)防措施，以確保測(cè)量精度不會(huì)受到印刷電路板和測(cè)試設(shè)置中雜散電容的影響。

圖1.與運(yùn)算放大器輸入串聯(lián)的電阻可以測(cè)量運(yùn)算放大器的輸入電容。

請(qǐng)遵循以下提示以最大程度地減少雜散寄生效應(yīng)： 僅使用低電容 FET 探頭 （< 1pF），例如泰克 P6245，提高測(cè)量分辨率。如果串聯(lián)電阻是表面貼裝元件，請(qǐng)確保電路板對(duì)地電容盡可能低。這意味著輸入信號(hào)走線和串聯(lián)電阻下方?jīng)]有接地層。如果串聯(lián)電阻是通孔元件，則彎曲輸入引腳，使其不接觸PCB，并使用較短的引線長度將電阻直接焊接到運(yùn)算放大器輸入引腳。請(qǐng)勿在測(cè)試設(shè)置中使用試驗(yàn)板，因?yàn)樵囼?yàn)板軌道和跳線之間的電容會(huì)降低測(cè)量精度。在輸入端使用短走線以最小化串聯(lián)電感。?

此測(cè)試設(shè)置推薦的硬件（圖 2）包括安捷倫 4395A 網(wǎng)絡(luò)分析儀、微型電路 ZFRSC-2050 功率分配器和泰克 P6245 有源 FET 探頭。

圖2.用于測(cè)量MAX4238運(yùn)算放大器輸入電容的測(cè)試設(shè)置

首先，校準(zhǔn)PCB上未安裝運(yùn)算放大器的設(shè)置。根據(jù)得到的波特圖，您可以將雜散電容計(jì)算為

其中 f1（-3dB） 是在未安裝運(yùn)算放大器的網(wǎng)絡(luò)分析儀上測(cè)量的轉(zhuǎn)折頻率，RTH1是戴維寧等效級(jí)數(shù)電阻。RTH1是插入的串聯(lián)電阻、輸入端接電阻 （50Ω） 和功率分配器源阻抗 （50Ω） 的函數(shù)：

RTH1 = RSERIES + (50||50)

接下來，在PCB上安裝運(yùn)算放大器。由于電路板的雜散電容與運(yùn)算放大器的輸入電容并聯(lián)，公式1變?yōu)?/p>

其中 f2（-3dB） 是在安裝了運(yùn)算放大器的頻譜分析儀上測(cè)量的轉(zhuǎn)折頻率，RTH2是戴維寧等效級(jí)數(shù)電阻。該戴維寧等效電阻是插入串聯(lián)電阻、輸入端接電阻（50Ω）、功率分配器的輸出阻抗（50Ω）和運(yùn)算放大器共模輸入阻抗的函數(shù)：

RTH2 = (RSERIES + (50||50))||RCM米

運(yùn)算放大器的輸入共模阻抗無法準(zhǔn)確知道。然而，對(duì)于CMOS輸入運(yùn)算放大器，選擇R相當(dāng)容易。系列<<·厘米.然后 RTH2≈·TH1，公式 3 可以改寫為

現(xiàn)在，您可以從公式1和公式4中計(jì)算運(yùn)算放大器的輸入電容，并通過使用兩個(gè)不同的串聯(lián)電阻值重復(fù)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證該值。

為了說明該方法，考慮MAX4238運(yùn)算放大器的輸入電容測(cè)量。圖3所示為使用200kΩ串聯(lián)電阻且PCB上未安裝運(yùn)算放大器時(shí)的圖2幅度響應(yīng)，圖4所示為安裝MAX4238時(shí)的幅度響應(yīng)。

圖3.圖2的幅度響應(yīng)，R系列= 200kΩ，PCB上未安裝運(yùn)算放大器。該 f1（-3dB） 頻率由向下箭頭指示。

圖4.圖2的幅度響應(yīng)，R系列= 200kΩ，安裝MAX4238運(yùn)算放大器。該 f2（-3dB） 頻率由向下箭頭指示。

表1總結(jié)了使用頻率響應(yīng)波形和公式1和4計(jì)算的結(jié)果。作為健全性檢查，使用不同的串聯(lián)電阻值重復(fù)測(cè)量，以證明獲得類似的結(jié)果（≈4pF）。

審核編輯：郭婷