03.運放參數---輸入阻抗和輸入電容

2020-11-23 電子工程專輯

下圖 1 形象的說明了運放的輸入端阻抗的特性。主要有兩個參數，輸入阻抗和輸入電容。對於電壓反饋型運入，輸入阻抗主要由輸入級的決定，一般BJT輸入級的運放。的共模輸入阻抗會大於40MΩ。差模輸入阻抗大於200GΩ。對於JFET和CMOS輸入級的運放，輸入阻抗要大的多。這個阻抗通常表現為電阻性。作為常識被我們所熟知。

圖 1 運放輸入端阻抗特性

更值得我們多加關注的是運放的輸入電容。這個參數通常在datasheet的表格中所列出，但常被忽視。運放的輸入電容，通常分為共模輸入電容Ccm和差模輸入電容Cdiff。如下圖 2 是OPA333的datasheet中列出的輸入電容。

圖 2 OPA333的輸入電容

對於有EMI抑制特性的運放，如LMV832，它的輸入電容會被設計的正大的些。下圖 3 是帶EMI抑制功能的LMV832的輸入電容值。

圖 3

運放的輸入共模電容Ccm 和差模電容 Cdiff會形成運放的輸入電容 Cin。在許多應用中，運算放大器的輸入電容都不會造成問題。但在某些應用中會引起放大電路的不穩定。尤其是反向輸入端的電容，是放大電路不穩定的幾大罪魁禍首之一。如下圖 4 所示是運放在有輸入電容的影響下的模型。

圖 4 等效模型

這個反向輸入端的電容會在運放的環路增益中引入一個極點。正是這個極點的存在，在某些條件下，可能會引起放大電路的不穩定。

運放輸入電容引入的極點如下式。即使這個極點0-dB交截越頻率之內，而是非常靠近0-dB交越頻率，它也有可能引起問題。在這個極點的頻率點上，相位會有45度的相位延遲，它很可能減少放大電路的相位裕度。如放大電路的0-dB交截越頻率是2MHz。在2MHz處的相位裕度是89°。如果這個極點的頻率點也在2MHz處，它將使相位裕度減少45°。而變為φ = 89° – 45° = 44°。44度的相位裕度就顯得的不夠了。

通常放大電路的輸入電容不只由運放的輸入電容組成，還包括布線引起的雜散電容和引腳電容。應儘量避免運算放大器反相輸入端存在外部雜散電容，尤其是在高速應用中。反相輸入周圍區域應去除接地層，從而最大程度地減小PC板雜散電容，此外，該引腳的所有連接都應儘量短。

        在一些應用，常會加入反饋電容來增加放大電路的穩定，加入反饋電容後的電路的環路增益為，可見反饋補償電容給環路增益中引入了一個零點。

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