【電路設(shè)計】運放的有效防護分享-KIA MOS管

運放的防護主要包含：

1.輸入端防護  

2.輸出端防護  

3.電源端防護

一、運放輸入端防護(內(nèi)部防護)

運放的內(nèi)部防護主要分為三類  

1）運放輸入端接了二極管防護-A類（如下圖2圖）

2）運放沒有任何的防護措施-B類

3）運放輸入端在接保護電阻的同時還串聯(lián)了電阻-C類（如下1圖）

我們感官上會覺得A類和C類有防護會更安全，但是在系統(tǒng)電路中我們設(shè)計就不同了。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方面：

a:盡量不要使用A類作為比較器使用，使用時候需謹慎評估。

b:作為跟隨器使用時候，必須在反饋回路上增加保護電阻Rf。

因為運放的輸出反饋是有時間的，當輸入端突然增加輸入電壓，輸出端沒來得及跟隨，其內(nèi)部二極管會出現(xiàn)短暫的導通，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)導通，其電流約等于Vin/Rs(Rs為瞬態(tài)導通后的內(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行保護。沒有二極管或者輸入端本身有保護的就無需增加防護。

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

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

而VT6和VT5用于差分端的輸入電壓防護，同向反向中的兩個差分二極管進一步保護運放得輸入兩端的差分電壓不大于二極管得導通電壓。

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)計中理論理論計算需保證。一般情況下容易發(fā)生風險的是運放的輸出端。

二、運放輸出端防護(內(nèi)部防護)

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

三、運放的電源防護

我們在設(shè)計運放電路時候，有必要對運放的電源進行防護，運放的反饋機制可知，當運放的反饋環(huán)路出現(xiàn)問題(反饋環(huán)路焊接錯誤等)，或者輸出端出現(xiàn)問題，運放的輸出端將會不確定，一般是達到最大供電電源軌道的輸出，這種異常情況可能會導致運放過熱甚至對運放輸出端的設(shè)備產(chǎn)生不確定的損傷。所以我們可以對運放的供電電源串聯(lián)電阻進行限流，合理使用運放的shutdown進行信號控制。

精密運放對電源質(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相對與開關(guān)電源的低噪聲和低耦合可以有效減少對精密運放的影響。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、運放額外加強防護

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

根據(jù)電路使用的場景，我們發(fā)現(xiàn)當外部輸入電壓過高或者電路超過了實際的額定最大值還是會損壞運放，這種問題尤其出現(xiàn)在運放的輸出端比較常見，運放的輸出端一般都是對外的接口，電路設(shè)計既要兼容輸出負載需求和運放的輸出能力，還要兼容輸出端外來的防護，如靜電，過壓，短路等問題出現(xiàn)，所以電路設(shè)計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？在不影響指標的情況下，我們可以增加外部的輸入電阻和輸出電阻，以及二極管等防護電路。當然不損失了運放造成不必要的噪聲和引起帶寬的明顯變化。一般在手冊的需求范圍內(nèi)即可。當然輸入電阻和輸出電阻不是越大越好，輸入電阻會影響運放的輸入Ib,進而影響輸出，輸出電阻關(guān)系到設(shè)計電路的輸出帶載能力，過大的電阻會導致帶載能力下降。

注意:增加防護電路，需特別注意選用二極管的漏電流指標，防止影響運放的指標。一般建議選取低漏的二級管進行防護，在精密運放電路中，任何一點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影響整個電路的溫度特性，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，損壞一個外圍二極管和損壞運放，價值是完全不同的。有效防護非常必要。

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