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(gè)大信號(hào)即快速邊緣脈沖(圖6)時(shí)，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(hào)對(duì)輸入施加了一個(gè)10V的峰值矩形脈沖。放大器通過產(chǎn)生一個(gè)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(shí)間內(nèi)，在輸出達(dá)到輸入脈沖峰值要求的時(shí)間期間存在一個(gè)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(gè)輸入端之間存在10V壓差。若運(yùn)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(huì)被施加到輸入晶體管的半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)上。這是雙極輸入運(yùn)放更為嚴(yán)重的一個(gè)問題。當(dāng)前的現(xiàn)代雙極輸入運(yùn)放差不多都包括保護(hù)鉗位電路。

　　● 例4，一些運(yùn)放會(huì)呈現(xiàn)出輸出反向特性，其伴隨著輸入過驅(qū)動(dòng)。這種現(xiàn)象一般被稱為輸出相位反向。大多數(shù)現(xiàn)代運(yùn)放都不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，但也有一些運(yùn)放會(huì)出人意料地存在這一現(xiàn)象。對(duì)于那些具有這種特性的運(yùn)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(shí)才會(huì)發(fā)生。當(dāng)運(yùn)放出現(xiàn)輸出相位反向時(shí)，需采取預(yù)防措施來防止輸入被過驅(qū)動(dòng)。通過在非反相輸入和負(fù)電源軌之間放置一個(gè)小信號(hào)、反偏壓連接的肖特基二極管就可解決這一過驅(qū)動(dòng)問題。應(yīng)將一個(gè)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(huì)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(huì)被觸發(fā)，從而在電源引腳之間形成一個(gè)傳導(dǎo)路徑。

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

　　在圖7A中，簡(jiǎn)單的RLC電路被連接至一個(gè)負(fù)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(fù)載電阻模擬了一個(gè)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(gè)+5Vdc電平上的正弦響應(yīng)。輕微過壓不會(huì)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(huì)使電源電壓下沖。這會(huì)影響運(yùn)放的輸出偏移。雖然運(yùn)放的PSRR將有助于最小化輸出偏移的變化，但其也是一個(gè)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(hù)。

　　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(qǐng)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(jì)。在單極和雙極運(yùn)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(shí)間的快速響應(yīng)器件。一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是快速電壓鉗制特性，其電源電壓下沖極少(如果有的話)。