如何为运算放大器电源轨选择正确的去耦/旁路电容器变体?

电器工程 运算放大器 去耦电容 旁路电容
2022-01-15 00:09:04

这里的许多专家建议在运算放大器的电源轨上使用 100nF 旁路电容。我自己制定了一个传统,当我使用任何运算放大器时,我总是在 +Vcc 到 GND 和 -Vcc 到 GND 之间使用 100nF 去耦电容。

但我也看到了不同的变体,如下例所示:

在此处输入图像描述

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如您所见,上述示例不仅在电源轨上使用 100nF,还使用 ​​RC(如低通滤波器)或两个并联电容。

我使用哪种变体用于去耦电源轨有关系吗?有没有原则或经验法则?标准应该是什么?

注意:这是一个专门针对运算放大器电源轨的旁路电容的问题。我在相关问题上找不到具体令人满意的答案。

2个回答

运算放大器去耦和逻辑芯片去耦之间是有区别的。

旁路电容器的目的是在运算放大器的整个频率范围内为电源轨提供足够低的阻抗。不同类型的运算放大器具有非常不同的频率范围:增益带宽积(实际上,它通常定义带宽)至少在 1 MHz 到 4 GHz 之间变化。所以 - 通过 22 uF 电容器对 4 GHz 运算放大器进行去耦是一个非常奇怪的想法。它们在 GHz 范围内的阻抗过高。他们只是没有为脱钩做任何事情。最有可能的是,运算放大器在这种去耦情况下会不稳定。

更常见运算放大器的去耦要求取决于电源轨的质量。低电感和低阻抗轨不需要太多电容来进行去耦。您可以使用 68 nF 甚至 47 nF 做到完美。在带有电源平面的 4 层(或更多)层 PCB 上是一个不错的选择。

然而,在 2 层 PCB 上,电源线的有功和无功阻抗可能很高;它可能需要 100 nF 与几个 uF 电容器并联。

另一个目的是滤除电源轨上的一些交流干扰或类似电压。要获得这种效果,您需要在电源轨和 OP AMP 之间使用铁氧体磁珠(或电阻器)。电阻器不是一个好的选择,因为它们会增加直流电压降。

所以最佳的旁路电容取决于:

  1. 获得运算放大器的带宽积;
  2. PCB的质量;
  3. 电源轨的“纯度”。

基本规则是:

  1. 使用小型 (10 nF - 68 nF) 0402 电容器实现真正快速的运算放大器
  2. 在具有相当好的 PCB 设计的“普通”运算放大器上使用 68 nF - 100 nF
  3. 如果电源轨很长,请使用 68 nF - 100 nF 与更大的电容器 (> 2.2 uF) 并联;
  4. 如果您预计会受到电源轨的干扰,请使用 100 nF 和铁氧体磁珠;
  5. 为具有高输出电流的运算放大器使用更大的电容器:在 500 mA 的输出电流上不小于 100 nF。

导轨上的电容器的目的是将任何交流电与直流电去耦(平滑或短路)。

0.1 或 100nF 通常用于平滑可能到达运算放大器输出的较高频率和瞬态边缘(毛刺)。

有时,确保消除或大幅降低较低频率(例如 50Hz)很重要。在这种情况下,使用一个大容量(通常是电解)电容器,有时使用一个小的串联电阻来提供所需的平滑。

为什么不只使用一个更大的电容器而不是两个呢?

较大的值往往在较高频率下具有较大的损耗(变得更具电阻性/反应性),因此通过并联放置两个不同(类型)的电容器(例如 10uF、0.1uF),它会增加去耦的有效频率范围。