【电路设计】运放的有效防护分享-KIA MOS管

运放的防护主要包含：

1.输入端防护  

2.输出端防护  

3.电源端防护

一、运放输入端防护(内部防护)

运放的内部防护主要分为三类  

1）运放输入端接了二极管防护-A类（如下图2图）

2）运放没有任何的防护措施-B类

3）运放输入端在接保护电阻的同时还串联了电阻-C类（如下1图）

我们感官上会觉得A类和C类有防护会更安全，但是在系统电路中我们设计就不同了。反而使用B类和C类无需考虑太多，但是A类就需要考虑了，使用A类放大器主要注意两个方面：

a:尽量不要使用A类作为比较器使用，使用时候需谨慎评估。

b:作为跟随器使用时候，必须在反馈回路上增加保护电阻Rf。

因为运放的输出反馈是有时间的，当输入端突然增加输入电压，输出端没来得及跟随，其内部二极管会出现短暂的导通，二极管两端的电压取决与输入突变电压-输出滞留于0V,我们知道二极管瞬态导通，其电流约等于Vin/Rs(Rs为瞬态导通后的内阻值-非常小）二极管很可能在多次中损坏。因此很有必要在反馈回路中增加电阻进行保护。没有二极管或者输入端本身有保护的就无需增加防护。

如何确定反馈电阻的大小：根据运放对输入电压和输出电流的限制值确定，R=U/I,电阻过小保护能力有限，电阻过大会导致a:噪声增大,b直流意外，ib的变化， c,高频特性影响

敏感运放对输入电压的要求非常高，一般敏感运放内部都有一定的防护电路，如上图，内部对运放的输入端和输出端都有对应得内部二极管VT1,VT2，VT3,VT4（限压）和两个电阻525Ω（限流），

而VT6和VT5用于差分端的输入电压防护，同向反向中的两个差分二极管进一步保护运放得输入两端的差分电压不大于二极管得导通电压。

输入端电压过压一般情况下很少发生，硬件工程师在设计中理论理论计算需保证。一般情况下容易发生风险的是运放的输出端。

二、运放输出端防护(内部防护)

如上图输出端VT7，VT8是运放内部自带输出防护，输出防护电压在（0.7V+V+）与（-0.7V- V-）在这个电压范围运放自带的防护可有效保护。

三、运放的电源防护

我们在设计运放电路时候，有必要对运放的电源进行防护，运放的反馈机制可知，当运放的反馈环路出现问题(反馈环路焊接错误等)，或者输出端出现问题，运放的输出端将会不确定，一般是达到最大供电电源轨道的输出，这种异常情况可能会导致运放过热甚至对运放输出端的设备产生不确定的损伤。所以我们可以对运放的供电电源串联电阻进行限流，合理使用运放的shutdown进行信号控制。

精密运放对电源质量的要求同样很高，建议一般使用LDO供电而不是使用开关电源供电，LDO相对与开关电源的低噪声和低耦合可以有效减少对精密运放的影响。为电源增加必要的旁路电容未噪声提供低阻抗路径很有必要。

四、运放额外加强防护

我们看到运放中为了保护已经增加了防护电路，但是为什么还需要防护?

根据电路使用的场景，我们发现当外部输入电压过高或者电路超过了实际的额定最大值还是会损坏运放，这种问题尤其出现在运放的输出端比较常见，运放的输出端一般都是对外的接口，电路设计既要兼容输出负载需求和运放的输出能力，还要兼容输出端外来的防护，如静电，过压，短路等问题出现，所以电路设计中敏感电路不管是布局还是外部电路都需要额外注意。

怎么防护？在不影响指标的情况下，我们可以增加外部的输入电阻和输出电阻，以及二极管等防护电路。当然不损失了运放造成不必要的噪声和引起带宽的明显变化。一般在手册的需求范围内即可。当然输入电阻和输出电阻不是越大越好，输入电阻会影响运放的输入Ib,进而影响输出，输出电阻关系到设计电路的输出带载能力，过大的电阻会导致带载能力下降。

注意:增加防护电路，需特别注意选用二极管的漏电流指标，防止影响运放的指标。一般建议选取低漏的二级管进行防护，在精密运放电路中，任何一点的漏电流在输入端产生的Voffset*Ap(放大倍数)在输出端都是成倍放大的。而且二极管的加入同时影响整个电路的温度特性，二极管在不同温度下产生的漏电流是不同的。

上述措施可以最大降低产品研发中的损失，损坏一个外围二极管和损坏运放，价值是完全不同的。有效防护非常必要。

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