運(yùn)算放大器的輸入過(guò)壓保護(hù)和輸出相位反轉(zhuǎn)

　　運(yùn)算放大器和儀表放大器的這些不同過(guò)壓防范措施看起來(lái)很復(fù)雜，事實(shí)上也的確如此!只要運(yùn)算放大器(或儀表放大器)輸入(和輸出)超出設(shè)備邊界條件，就可能發(fā)生危險(xiǎn)情況或器件損毀。顯然，為了實(shí)現(xiàn)最高可靠性，必須防患于未然。

　　幸運(yùn)的是，大多數(shù)應(yīng)用都是完全內(nèi)置于設(shè)備中，通常看到的是采用同一電源系統(tǒng)的其它IC的輸入和輸出。因此，這種情況下一般不需要箝位和保護(hù)方案。

　　圖5總結(jié)了過(guò)壓考慮事項(xiàng)。

　　圖5:電路內(nèi)過(guò)壓考慮事項(xiàng)匯總

　　采用高共模電壓儀表放大器的共模過(guò)壓保護(hù)

　　在精密運(yùn)算放大器之前進(jìn)行阻性輸入衰減，是模擬通道過(guò)壓保護(hù)的終極簡(jiǎn)化方案。這一組合相當(dāng)于一個(gè)支持高壓的儀表放大器，如AD629等，它能夠以線性方式對(duì)疊加于最高±270 V共模電壓的差分信號(hào)進(jìn)行處理。此外，過(guò)壓保護(hù)考慮最重要的一點(diǎn)是，片內(nèi)電阻能夠?yàn)樽罡摺?00 V的共模或差分電壓提供保護(hù)。所有這些都是通過(guò)精密激光調(diào)整薄膜電阻陣列和運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。

　　圖6:高壓儀表放大器IC AD629提供± 500 V輸入過(guò)壓保護(hù);僅采用單個(gè)器件，極其簡(jiǎn)單，并且實(shí)現(xiàn)了防故障關(guān)斷操作

　　分析該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，精密運(yùn)算放大器AD629周圍的阻性網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)一個(gè)分壓器，將施加于VIN的共模電壓降低20倍。AD629同時(shí)以單位增益將輸入差模信號(hào)VIN轉(zhuǎn)換成以本地接地為基準(zhǔn)的單端輸出信號(hào)。增益誤差不超過(guò)±0.03 %或±0.05 %,失調(diào)電壓不超過(guò)0.5 mV或1 mV(取決于器件等級(jí))。AD629的電源電壓范圍是±2.5 V至±18 V.

　　這些因素相結(jié)合，使AD629成為可能經(jīng)受危險(xiǎn)瞬變電壓的卡外模擬輸入的簡(jiǎn)便、單器件保護(hù)解決方案。由于所用的電阻值相對(duì)較大，因此它本身就能保護(hù)器件，在不加電情況下，輸入電阻也能安全地限制故障電流。此外，它還提供儀表放大器固有的運(yùn)作優(yōu)勢(shì)：高CMR(500Hz時(shí)最小值86 dB)、出色的整體直流精度和靈活、簡(jiǎn)單的極性變化。

　　對(duì)性能不利的一面是，與較低增益的儀表放大器配置相比，如AMP03等，多個(gè)因素使得AD629的輸出噪聲和漂移相對(duì)較高，包括高值電阻的約翰遜噪聲和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高噪聲增益(21倍)。這些因素與電阻噪聲共同提高運(yùn)算放大器的噪聲和漂移，提高幅度高于典型值。

　　當(dāng)然，這個(gè)問(wèn)題是否與具體應(yīng)用有關(guān)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行評(píng)估。

　　內(nèi)置過(guò)壓保護(hù)的ADA4091-2運(yùn)算放大器

　　ADA4091-2是一款雙通道、微功耗、單電源、3 MHz帶寬放大器，具有軌到軌輸入與輸出特性。ADA4091-2保證可采用+3 V至+36 V單電源供電以及±1.5 V至±18 V雙電源供電。

　　ADA4091-2擁有過(guò)壓保護(hù)輸入和二極管，允許輸入電壓高于或低于供電軌12 V,非常適合魯棒的工業(yè)應(yīng)用。

　　具體應(yīng)用包括便攜式電信設(shè)備、電源控制與保護(hù)、分流檢測(cè)，以及具有寬輸出范圍的傳感器接口。