如何保護放大器以及保護它的安全性

成為應(yīng)用工程師最好的事情是我遇到的各種各樣的客戶，應(yīng)用程序，電路和問題，所有這些都為我提供了學習新東西的日常機會。每年我都會收到幾個問題，關(guān)于當電源 off 時用戶可能對我們的放大器產(chǎn)生的性能。我喜歡把這些放大器稱為“ off-amps ?！?/p>

除靜電放電（ESD）測試外，放大器的特點是電源開啟，因此解決了 - 放大器問題并不總是被切割和干燥?；卮鸱糯笃鲉栴}需要詳細了解放大器的內(nèi)部晶體管級工作，放大器如何在沒有電源的情況下運行，外部電路連接到放大器，以及外圍電路如何在沒有電源的情況下運行。 / p>

奇怪的是，我收到的大多數(shù)放大器問題都涉及電壓而不是電源電壓。感興趣的電壓通常是施加到關(guān)閉放大器的輸入或輸出的電壓。為了節(jié)省電力，用戶將有選擇地關(guān)閉其系統(tǒng)的某些部分。這通常導(dǎo)致電壓施加到系統(tǒng)的未供電部分。用戶通常有興趣了解放大器如何對這種錯誤電壓作出反應(yīng)，以及他們必須采取哪些預(yù)防措施來確保放大器的安全性。

了解如何保護放大器，我們首先要看看ESD保護二極管，這是放大器的第一道防線。 ESD二極管可以保護放大器免受短時高壓的影響，但如果通過它們的電流不受限制，則可能會因長時間暴露在低直流電壓下而損壞或損壞放大器。圖1顯示了具有ESD保護二極管的典型運算放大器。

二極管D1至D7構(gòu)成放大器的ESD保護網(wǎng)絡(luò)。在±IN之間的虛線內(nèi)顯示的二極管形成另一個保護網(wǎng)絡(luò)，保護放大器輸入級免受過壓條件 1 。反并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中串聯(lián)二極管的數(shù)量因放大器而異。要估算放大器輸入之間的二極管數(shù)量，請查看放大器數(shù)據(jù)表中絕對最大額定值表中的差分輸入電壓。

當放大器電源關(guān)閉時，±IN上的電壓可以打開二極管D1到D4。圖1顯示了從+ IN到保護二極管到電源的電流路徑，假設(shè)存在到地的返回路徑。紅色曲線顯示正電壓到+ Vs的路徑;藍色跡線顯示負電壓到-Vs的路徑。在斷路放大器的輸出端存在電壓的情況下，可以通過二極管D6和D7從輸出到電源得到類似的路徑。最重要的安全預(yù)防措施是限制進入放大器引腳的電流。

在沒有電流限制的情況下，二極管和放大器可能會損壞或損壞。我們通常建議將進入任何放大器引腳的電流限制在5 mA或更低。通常，所有必須添加的是串聯(lián)電阻。圖2顯示了限流電流的示意圖。在正常工作條件下，Rs對整個電路功能影響很小。假設(shè)在±Vs引腳接地的情況更糟的情況下，計算Rs，如下式所示：

在另一個涉及FET輸入放大器的近期放大器詢問中，用戶想知道配置為單位增益的放大器是否仍然會在同相輸入端對直流電壓產(chǎn)生高輸入阻抗。

像外交官一樣，我回答說：“是的，不是。”對于低于0.6 V的電壓，放大器輸入呈現(xiàn)高輸入阻抗，因為ESD二極管需要至少0.6 V才能導(dǎo)通。沒有傳導(dǎo)路徑，輸入仍然顯示為高阻抗。但是，如果輸入電壓大于0.6 V，則電流將開始流過ESD二極管和關(guān)閉放大器內(nèi)的其他“潛行路徑”。要限制D3中的電流，請使用公式求解Rs。更糟糕的情況是4 V施加到放大器輸入，Rs必須至少為680歐姆，而不是高輸入阻抗。

反極性保護可以幫助這些應(yīng)用。作為國防電子設(shè)計的前設(shè)計師，反極性保護是我經(jīng)常融入我的設(shè)計的東西。即使極性錯誤的電源連接到系統(tǒng)的偏置引腳，反極性保護也可確保電路安全。采用反極性保護是一種簡單，低成本的保險政策;所需要的只是一對二極管。如果施加正確的電源極性，二極管正向偏置，電路按預(yù)期工作。如果施加相反的電源極性，則二極管反向偏置。沒有電流可以通過，電路受到保護。圖3顯示了一個帶有反極性保護二極管的放大器。

反極性保護二極管還允許在更大的輸入范圍內(nèi)實現(xiàn)高輸入阻抗，因為二極管會增加額外的電壓降，必須在電流流動之前克服。通過外部二極管RPD1可以優(yōu)雅地實現(xiàn)阻止電流流過D3至+ Vs引腳。對于正電壓，RPD1反向偏置，因此阻止電流流過D3。電流不會通過ESD二極管D4從輸入流向負軌，后者是反向偏置的，但它尋找通過FET輸入級的PN結(jié)的另一條路徑。二極管RPD2形成一個額外的電壓屏障，必須在任何電流流動之前克服。

圖4顯示了用于測量關(guān)斷放大器輸入阻抗的測試電路。注意，Rs大于等式所要求的值。較大的電阻可以更大地限制電流，同樣重要的是，它在實驗室中很容易獲得。

圖5顯示了沒有反極性保護二極管的FET關(guān)斷放大器的輸入阻抗。輸入阻抗隨著增加的偏壓使D3更難轉(zhuǎn)動而降低。

圖6顯示了兩個不同負載條件下的輸入阻抗，其中反極性保護二極管就位。請注意，圖6中的Y軸為M歐姆而不是K歐姆，如圖5所示。反極性保護二極管提供三個數(shù)量級的改進。斷點表示當輸入電壓增加時，關(guān)閉放大器內(nèi)的不同結(jié)點被接通。反極性保護二極管有助于提高斷點的閾值。負載阻抗的值是該應(yīng)用中的重要考慮因素。對地的低阻抗分流負載將為電流提供并聯(lián)的低阻抗路徑，并使這種方法無用。因此，用戶必須了解關(guān)閉放大器在沒有電源的情況下的行為，以及相鄰電路的行為方式。

了解放大器問題的底部可能具有挑戰(zhàn)性，必須考慮的許多因素。放大器類型，外圍電路以及輸入和輸出電壓都很重要。保護關(guān)斷放大器的最佳方法是確保接觸放大器的任何電路的電源也關(guān)閉。如果那是不可能的，那么一定要限制進入放大器的電流。如果您需要其他幫助，請務(wù)必咨詢應(yīng)用工程師。