CA3140：BiMOS高输入阻抗运算放大器 附引脚图及典型应用电路图

CA3140是Renesas Electronics（原Intersil）一款采用BiMOS工艺的高输入阻抗、高速运算放大器，结合了双极型晶体管的低偏置电流与MOS输入级的超高输入阻抗特性。该器件专为高阻抗传感器接口、精密测量和高速信号调理等应用设计，提供单通道（CA3140）和双通道（CA3140A）版本。

核心架构与关键优势

CA3140的核心优势在于其PMOS输入级，实现了极高的直流输入阻抗（典型值1.5TΩ）和极低的输入偏置电流（典型值10pA）。这使其在处理来自压电传感器、光电二极管或高阻分压器等微弱信号源时，能最大限度地减少信号衰减和负载效应，保证信号完整性。

其内部结构包含两级增益级和一个推挽输出级，支持轨到轨输出摆幅（在轻载条件下可接近电源轨），并具备短路保护功能。增益带宽积（GBW）典型值为4.5MHz，转换速率（Slew Rate）为9V/μs，满足中等带宽信号的放大需求。

电气性能与工作条件

电源电压：支持宽范围单电源（3V至36V）或双电源（±1.5V至±18V）供电，兼容多种系统架构。

输入特性：

输入偏置电流：在25°C下典型值10pA，最大值200pA，远低于传统双极型运放。

输入失调电压：典型值2mV，最大值7mV，可通过外部电位器在引脚1和5之间进行调零。

输入共模电压范围：可低至负电源轨，支持单电源应用中的地电平信号输入。

输出特性：输出可摆动至距离电源轨约10mV（空载），驱动能力为10mA，支持直接驱动TTL和CMOS逻辑电平。

工作温度：支持0°C至70°C（CA3140）或-40°C至85°C（CA3140A），满足商业和工业级应用。

CA3140引脚图

CA3140典型应用电路图

典型应用电路

CA3140适用于多种精密模拟电路：

同相/反相放大器：利用其高输入阻抗，构建高增益、低噪声的电压放大电路。

电压跟随器：作为缓冲器隔离高阻抗信号源与后续电路，输入阻抗极高，输出阻抗极低。

有源滤波器：构建低通、高通或带通滤波器，用于信号预处理。

比较器：虽然非专用比较器，但其高速特性可用于中等精度比较应用。

峰值检测器与采样保持电路：配合二极管和电容，实现信号峰值保持，其低偏置电流确保保持电容的电压泄漏极小。

性能曲线分析

根据典型性能曲线，在±15V电源下：

增益带宽积：单位增益带宽约4.5MHz，支持中高频信号处理。

电源抑制比（PSRR）：在10Hz至100kHz范围内，PSRR优于80dB，有效抑制电源噪声。

输入噪声电压：在100Hz时约为30nV/√Hz，1kHz时约为15nV/√Hz，噪声性能良好。

开环增益：典型值106dB，确保高闭环精度。

封装与物理特性

CA3140提供PDIP-8、SOIC-8等多种封装。其裸片尺寸在晶圆上约为62-70mil（1.575-1.778mm），切割后因57°解理角实际尺寸增加7mil（0.17mm），达到约69-77mil。

设计注意事项

相位补偿：在高增益或容性负载应用中，可能需要在反馈路径或输出端添加补偿电容以确保稳定性。

输入保护：尽管有内部保护二极管，但应避免输入电压超过电源轨，以防闩锁或损坏。

PCB布局：高输入阻抗电路对漏电流敏感，需保持输入引脚走线短而清洁，避免污染或高湿度环境导致表面漏电。

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