克服放大器電氣過應(yīng)力問題(下)

　　● 例3，當(dāng)放大器輸入經(jīng)受一個大信號即快速邊緣脈沖(圖6)時，便出現(xiàn)另一種潛在破壞情況。該圖是使用 TINA 軟件工具和OPA277[4]宏模型生成的。在這種情況下，VG1的信號對輸入施加了一個10V的峰值矩形脈沖。放大器通過產(chǎn)生一個線性斜坡輸出電壓來響應(yīng)該脈沖。放大器的有限轉(zhuǎn)換率(本例中，OPA227轉(zhuǎn)換率等于 2V/ms)規(guī)定了輸出電壓的特性。

　　在圖6所示的轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，在輸出達到輸入脈沖峰值要求的時間期間存在一個較大的輸入到輸出電壓差。一開始，放大器輸入端和輸出端之間的壓差為10V。放大器轉(zhuǎn)換至其最終水平后該壓差隨之降低。由于反相輸入一開始便具有與輸出相同的電位，因此在兩個輸入端之間存在10V壓差。若運放不包括內(nèi)部輸入到輸入鉗位功能，則破壞性電壓電平可能會被施加到輸入晶體管的半導(dǎo)體結(jié)點上。這是雙極輸入運放更為嚴(yán)重的一個問題。當(dāng)前的現(xiàn)代雙極輸入運放差不多都包括保護鉗位電路。

　　● 例4，一些運放會呈現(xiàn)出輸出反向特性，其伴隨著輸入過驅(qū)動。這種現(xiàn)象一般被稱為輸出相位反向。大多數(shù)現(xiàn)代運放都不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，但也有一些運放會出人意料地存在這一現(xiàn)象。對于那些具有這種特性的運放來說，一般只有當(dāng)施加的輸入電平超出產(chǎn)品規(guī)定的共模電壓(CMV)范圍時才會發(fā)生。當(dāng)運放出現(xiàn)輸出相位反向時，需采取預(yù)防措施來防止輸入被過驅(qū)動。通過在非反相輸入和負電源軌之間放置一個小信號、反偏壓連接的肖特基二極管就可解決這一過驅(qū)動問題。應(yīng)將一個串聯(lián)輸入電阻包括在內(nèi)，以限制流經(jīng)該二極管的電流。

　　● 例5，開關(guān)電源輸出可能會包含高頻、瞬態(tài)能量。即使這些電源中包括了濾波，但輸出端上的電壓“峰值”仍可在放大器的電源引腳上產(chǎn)生瞬態(tài)過壓條件。如果電源電壓超出放大器的電壓擊穿極限，則ESD吸收器件可能會被觸發(fā)，從而在電源引腳之間形成一個傳導(dǎo)路徑。

　　利用RC或RLC電路，您可以保護器件免于電源瞬態(tài)(請參見圖7)。使用一個普通的板上EMI/RFI濾波器便可完成這項工作。然而，電路的響應(yīng)會隨 RLC 常數(shù)和負載特性的不同而呈現(xiàn)出極大的差異。

　　在圖7A中，簡單的RLC電路被連接至一個負載電阻。+5V電源具有5V的電壓，1ms瞬態(tài)，等于10V電壓峰值。這超出了一些低壓CMOS工藝的最大電源電壓。1kW負載電阻模擬了一個需要約5mA電源電流的放大器。從響應(yīng)可以看到，RLC電路將該峰值融入到了一個+5Vdc電平上的正弦響應(yīng)。輕微過壓不會導(dǎo)致器件出現(xiàn)問題。但是，在許多情況下，同RLC電路組合相關(guān)的一些未知條件會使電源電壓下沖。這會影響運放的輸出偏移。雖然運放的PSRR將有助于最小化輸出偏移的變化，但其也是一個明顯的誤差。由于太多的變量未知，因此最好不要依賴此類保護。

　　一種更佳、可預(yù)知性更高的瞬態(tài)抑制方法是在電源線上使用瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)(請參見圖7B)。TVS與齊納二極管相類似，但它是專為承受超大瞬態(tài)電流和峰值功率而設(shè)計。在單極和雙極運放中，TVR Littlefuse 1.5KE系列均可用于6.8~550V的反向承受電壓。10次100ms 脈沖的峰值功率能力為 1500W。它們是一些具有納秒響應(yīng)時間的快速響應(yīng)器件。一個明顯的優(yōu)勢是快速電壓鉗制特性，其電源電壓下沖極少(如果有的話)。