【電路設(shè)計(jì)】運(yùn)放的有效防護(hù)分享-KIA MOS管

運(yùn)放的防護(hù)主要包含：

1.輸入端防護(hù)  

2.輸出端防護(hù)  

3.電源端防護(hù)

一、運(yùn)放輸入端防護(hù)(內(nèi)部防護(hù))

運(yùn)放的內(nèi)部防護(hù)主要分為三類  

1）運(yùn)放輸入端接了二極管防護(hù)-A類（如下圖2圖）

2）運(yùn)放沒有任何的防護(hù)措施-B類

3）運(yùn)放輸入端在接保護(hù)電阻的同時(shí)還串聯(lián)了電阻-C類（如下1圖）

我們感官上會(huì)覺得A類和C類有防護(hù)會(huì)更安全，但是在系統(tǒng)電路中我們?cè)O(shè)計(jì)就不同了。反而使用B類和C類無需考慮太多，但是A類就需要考慮了，使用A類放大器主要注意兩個(gè)方面：

a:盡量不要使用A類作為比較器使用，使用時(shí)候需謹(jǐn)慎評(píng)估。

b:作為跟隨器使用時(shí)候，必須在反饋回路上增加保護(hù)電阻Rf。

因?yàn)檫\(yùn)放的輸出反饋是有時(shí)間的，當(dāng)輸入端突然增加輸入電壓，輸出端沒來得及跟隨，其內(nèi)部二極管會(huì)出現(xiàn)短暫的導(dǎo)通，二極管兩端的電壓取決與輸入突變電壓-輸出滯留于0V,我們知道二極管瞬態(tài)導(dǎo)通，其電流約等于Vin/Rs(Rs為瞬態(tài)導(dǎo)通后的內(nèi)阻值-非常小）二極管很可能在多次中損壞。因此很有必要在反饋回路中增加電阻進(jìn)行保護(hù)。沒有二極管或者輸入端本身有保護(hù)的就無需增加防護(hù)。

如何確定反饋電阻的大小：根據(jù)運(yùn)放對(duì)輸入電壓和輸出電流的限制值確定，R=U/I,電阻過小保護(hù)能力有限，電阻過大會(huì)導(dǎo)致a:噪聲增大,b直流意外，ib的變化， c,高頻特性影響

敏感運(yùn)放對(duì)輸入電壓的要求非常高，一般敏感運(yùn)放內(nèi)部都有一定的防護(hù)電路，如上圖，內(nèi)部對(duì)運(yùn)放的輸入端和輸出端都有對(duì)應(yīng)得內(nèi)部二極管VT1,VT2，VT3,VT4（限壓）和兩個(gè)電阻525Ω（限流），

而VT6和VT5用于差分端的輸入電壓防護(hù)，同向反向中的兩個(gè)差分二極管進(jìn)一步保護(hù)運(yùn)放得輸入兩端的差分電壓不大于二極管得導(dǎo)通電壓。

輸入端電壓過壓一般情況下很少發(fā)生，硬件工程師在設(shè)計(jì)中理論理論計(jì)算需保證。一般情況下容易發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的是運(yùn)放的輸出端。

二、運(yùn)放輸出端防護(hù)(內(nèi)部防護(hù))

如上圖輸出端VT7，VT8是運(yùn)放內(nèi)部自帶輸出防護(hù)，輸出防護(hù)電壓在（0.7V+V+）與（-0.7V- V-）在這個(gè)電壓范圍運(yùn)放自帶的防護(hù)可有效保護(hù)。

三、運(yùn)放的電源防護(hù)

我們?cè)谠O(shè)計(jì)運(yùn)放電路時(shí)候，有必要對(duì)運(yùn)放的電源進(jìn)行防護(hù)，運(yùn)放的反饋機(jī)制可知，當(dāng)運(yùn)放的反饋環(huán)路出現(xiàn)問題(反饋環(huán)路焊接錯(cuò)誤等)，或者輸出端出現(xiàn)問題，運(yùn)放的輸出端將會(huì)不確定，一般是達(dá)到最大供電電源軌道的輸出，這種異常情況可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放過熱甚至對(duì)運(yùn)放輸出端的設(shè)備產(chǎn)生不確定的損傷。所以我們可以對(duì)運(yùn)放的供電電源串聯(lián)電阻進(jìn)行限流，合理使用運(yùn)放的shutdown進(jìn)行信號(hào)控制。

精密運(yùn)放對(duì)電源質(zhì)量的要求同樣很高，建議一般使用LDO供電而不是使用開關(guān)電源供電，LDO相對(duì)與開關(guān)電源的低噪聲和低耦合可以有效減少對(duì)精密運(yùn)放的影響。為電源增加必要的旁路電容未噪聲提供低阻抗路徑很有必要。

四、運(yùn)放額外加強(qiáng)防護(hù)

我們看到運(yùn)放中為了保護(hù)已經(jīng)增加了防護(hù)電路，但是為什么還需要防護(hù)?

根據(jù)電路使用的場(chǎng)景，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)外部輸入電壓過高或者電路超過了實(shí)際的額定最大值還是會(huì)損壞運(yùn)放，這種問題尤其出現(xiàn)在運(yùn)放的輸出端比較常見，運(yùn)放的輸出端一般都是對(duì)外的接口，電路設(shè)計(jì)既要兼容輸出負(fù)載需求和運(yùn)放的輸出能力，還要兼容輸出端外來的防護(hù)，如靜電，過壓，短路等問題出現(xiàn)，所以電路設(shè)計(jì)中敏感電路不管是布局還是外部電路都需要額外注意。

怎么防護(hù)？在不影響指標(biāo)的情況下，我們可以增加外部的輸入電阻和輸出電阻，以及二極管等防護(hù)電路。當(dāng)然不損失了運(yùn)放造成不必要的噪聲和引起帶寬的明顯變化。一般在手冊(cè)的需求范圍內(nèi)即可。當(dāng)然輸入電阻和輸出電阻不是越大越好，輸入電阻會(huì)影響運(yùn)放的輸入Ib,進(jìn)而影響輸出，輸出電阻關(guān)系到設(shè)計(jì)電路的輸出帶載能力，過大的電阻會(huì)導(dǎo)致帶載能力下降。

注意:增加防護(hù)電路，需特別注意選用二極管的漏電流指標(biāo)，防止影響運(yùn)放的指標(biāo)。一般建議選取低漏的二級(jí)管進(jìn)行防護(hù)，在精密運(yùn)放電路中，任何一點(diǎn)的漏電流在輸入端產(chǎn)生的Voffset*Ap(放大倍數(shù))在輸出端都是成倍放大的。而且二極管的加入同時(shí)影響整個(gè)電路的溫度特性，二極管在不同溫度下產(chǎn)生的漏電流是不同的。

上述措施可以最大降低產(chǎn)品研發(fā)中的損失，損壞一個(gè)外圍二極管和損壞運(yùn)放，價(jià)值是完全不同的。有效防護(hù)非常必要。

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