基礎(chǔ)知識(shí)之運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器(Operational Amplifier)是一種差分放大器，具有高輸入電阻、低輸出電阻、高開放增益（開環(huán)增益），并具有可放大+輸入引腳與-輸入引腳間的電壓差的功能。 每個(gè)電路由正側(cè)電源引腳、負(fù)側(cè)電源引腳、+輸入引腳、-輸入引腳、輸出引腳等5個(gè)引腳構(gòu)成。

• 通常電源、輸入、輸出分類以外的引腳名稱未進(jìn)行統(tǒng)一

運(yùn)算放大器、比較器的圖解符號(hào)

運(yùn)算放大器的電源引腳名稱示例

運(yùn)算放大器要求的功能有高輸入電阻（阻抗）和低輸出電阻。 在下圖【電壓控制電壓源放大器模型】中，輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系如以下公式所示。

電壓控制電壓源放大器模型

信號(hào)電壓Vs是通過電阻分壓由信號(hào)源電阻Rs和運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信號(hào)被輸入運(yùn)算放大器。 但是，當(dāng)Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(Ri=∞)時(shí)，公式的第1項(xiàng)可視作近似于1、Vs=Vi。 關(guān)于以下第2項(xiàng)，放大了的輸入電壓AvVi被運(yùn)算放大器的輸出電阻Ro和負(fù)載電阻RL分壓輸出。 此時(shí)，當(dāng)Ro遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL(Ro=0)時(shí)，第2項(xiàng)可近似于1，信號(hào)可在不衰減的狀態(tài)下輸出。 這樣的運(yùn)算放大器被稱為理想運(yùn)算放大器。 一般希望運(yùn)算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設(shè)計(jì)為接近理想運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。

信號(hào)電壓Vs是通過電阻分壓由信號(hào)源電阻Rs和運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信號(hào)被輸入運(yùn)算放大器。 但是，當(dāng)Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(Ri=∞)時(shí)，公式的第1項(xiàng)可視作近似于1、Vs=Vi。 關(guān)于以下第2項(xiàng)，放大了的輸入電壓AvVi被運(yùn)算放大器的輸出電阻Ro和負(fù)載電阻RL分壓輸出。 此時(shí)，當(dāng)Ro遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL(Ro=0)時(shí)，第2項(xiàng)可近似于1，信號(hào)可在不衰減的狀態(tài)下輸出。 這樣的運(yùn)算放大器被稱為理想運(yùn)算放大器。 一般希望運(yùn)算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設(shè)計(jì)為接近理想運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。

運(yùn)算放大器按其放大率放大引腳間的電壓差，因此輸出電壓表示如下。

當(dāng)運(yùn)算放大器的開放增益Av足夠大時(shí)，可視為左邊近似于0、Vs=VOUT。 增益較低時(shí)，公式左邊不可近似于0，這樣，輸出電壓會(huì)發(fā)生誤差。 之所以希望運(yùn)算放大器有高開放增益，是因?yàn)橥ㄟ^該增益可盡量縮小輸出電壓誤差。 高開放增益從其他角度來(lái)看，意味著應(yīng)盡量減小+輸入引腳和-輸入引腳間的電位差。即，開放增益越大，VIN+=VIN-的關(guān)系成立的可能性就越大。該+輸入引腳和-輸入引腳的電位基本相等的關(guān)系被稱為虛短、虛斷或虛擬接地。 構(gòu)成負(fù)反饋電路使用時(shí)，該關(guān)系成立，可利用虛擬接地的特性設(shè)計(jì)應(yīng)用電路。

比較器(Voltage Comparator)的引腳結(jié)構(gòu)與運(yùn)算放大器相同，即由+輸入引腳、-輸入引腳、正側(cè)電源引腳、負(fù)側(cè)電源引腳、輸出引腳等5個(gè)引腳構(gòu)成。 該電路使用任一輸入引腳為基準(zhǔn)引腳來(lái)固定電壓，放大該基準(zhǔn)電壓與輸入另一個(gè)引腳的電壓間的差，輸出High或Low。

+輸入引腳的電位 > -輸入引腳的電位成立時(shí)，輸出High級(jí) -輸入引腳的電位 > +輸入引腳的電位成立時(shí)，輸出Low級(jí)

運(yùn)算放大器與比較器的很大差異是有無(wú)相位補(bǔ)償電容。 由于運(yùn)算放大器構(gòu)成負(fù)反饋電路使用，因此需要在IC內(nèi)部設(shè)置防振相位補(bǔ)償電容。 而比較器未構(gòu)成負(fù)反饋電路，因此未內(nèi)置相位補(bǔ)償電容。 由于相位補(bǔ)償電容限制了輸入-輸出間的響應(yīng)時(shí)間，因此無(wú)相位補(bǔ)償電容的比較器具有比運(yùn)算放大器更好的響應(yīng)性。 另一方面，根據(jù)該相位補(bǔ)償電容的有無(wú)，將運(yùn)算放大器作為比較器使用時(shí)，因受相位補(bǔ)償電容限制，其響應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于比較器。 運(yùn)算放大器作為比較器使用時(shí)需要注意。

運(yùn)算放大器比較器基礎(chǔ)

運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下所示。

一般由輸入段、增益段、輸出段等3段電路構(gòu)成。輸入段由差分放大段構(gòu)成，用于放大兩個(gè)引腳間的電壓差。 另外，同相信號(hào)成分（引腳間無(wú)電位差，輸入相等電壓的狀態(tài)）不放大，起抵消作用。若僅靠該差分放大電路，則增益不足，因此使用增益段進(jìn)一步增加運(yùn)算放大器的開放增益。普通運(yùn)算放大器的增益段間連接了防振相位補(bǔ)償電容。為了避免因受輸出引腳上連接的電阻等的負(fù)載的影響使運(yùn)算放大器的特性發(fā)生變化，作為緩沖器連接了輸出段。負(fù)載引起的輸出特性的變化（失真、電壓下降等）主要由輸出段的電路結(jié)構(gòu)和電流能力決定。

一般輸出段的種類有A類、B類、C類、AB類輸出電路，這是根據(jù)輸出電路中流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電流量（偏壓的差別）進(jìn)行分類的。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流量的不同，輸出段發(fā)生的失真系數(shù)水平會(huì)發(fā)生變化。一般電路失真的順序從小到大依次為A類、AB類、B類、C類。

比較器的電路結(jié)構(gòu)如下所示。 電路結(jié)構(gòu)基本與運(yùn)算放大器相同，但由于未考慮構(gòu)成負(fù)反饋電路使用的情況，因此未內(nèi)置防振用相位補(bǔ)償電容。 由于相位補(bǔ)償電容可限制輸入輸出間的工作速度，因此與運(yùn)算放大器相比，響應(yīng)時(shí)間明顯提高。 比較器的輸出電路形式主要分為集電極開路（漏極開路）型和推挽輸出型。 雖表示為BA10393的內(nèi)部等效電路，不過這也是集電極開路型的輸出電路。

根據(jù)輸入/輸出電壓范圍的差異，運(yùn)算放大器（運(yùn)放）大致分為“雙電源運(yùn)算放大器”、“單電源運(yùn)算放大器”、“軌到軌運(yùn)算放大器”三種類型。每種運(yùn)算放大器的輸入/輸出電壓范圍如下圖所示：

由于運(yùn)算放大器通常會(huì)放大接近0V的微小信號(hào)，因此當(dāng)雙電源運(yùn)算放大器需要0V的輸入時(shí)，就需要將VEE設(shè)置為負(fù)1.5V以下。正因?yàn)榇耍诖蠖鄶?shù)情況下需要使用負(fù)電源，并且需要正負(fù)兩種電源，故被稱為“雙電源運(yùn)算放大器”。

• 低噪聲電源運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低失調(diào)電壓雙電源運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）

當(dāng)輸入接近0V的信號(hào)時(shí)，如果使用雙電源（通用）運(yùn)算放大器，就需要負(fù)電壓；而單電源運(yùn)算放大器是一種無(wú)需使用此負(fù)電壓也可以輸入的運(yùn)算放大器。因其可以檢測(cè)到接地電平的輸入信號(hào)，故也被稱為“接地檢測(cè)運(yùn)算放大器”。

• 通用接地檢測(cè)運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 高速接地檢測(cè)運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低耗電量接地檢測(cè)運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低噪聲接地檢測(cè)運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 高性能接地檢測(cè)運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）

隨著近年來(lái)節(jié)能化趨勢(shì)的發(fā)展，采用低壓驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)備越來(lái)越多。運(yùn)算放大器也同樣需要在低電壓下工作，但是如果VCC電壓降至5V附近，則單電源運(yùn)算放大器只能輸入最高比VCC低1.5V的電壓，存在不便之處。于是，出現(xiàn)了即使輸入電壓從VEE到VCC波動(dòng)也可以正常工作的軌到軌運(yùn)算放大器。

因其可以在電源電壓（VEE～VCC）范圍內(nèi)進(jìn)行輸入/輸出，故也被稱為“輸入/輸出滿擺幅運(yùn)算放大器”。

• 高速輸入輸出滿擺幅運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低耗電量輸入輸出滿擺幅運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低噪聲輸出滿擺幅運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低失調(diào)電壓輸入輸出滿擺幅運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）

如欲了解各種運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路示例，請(qǐng)參閱以下鏈接中的應(yīng)用指南。

• 運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路示例（應(yīng)用指南）

隨著產(chǎn)品的電子化和高密度化發(fā)展，噪聲環(huán)境變得越來(lái)越差，對(duì)于放大傳感器等微小信號(hào)的運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，降噪對(duì)策已經(jīng)成為重要課題。 近年來(lái)，已經(jīng)推出了很多抗雜訊運(yùn)算放大器，市場(chǎng)對(duì)這類產(chǎn)品的需求也與日俱增。在這里介紹一下這些噪聲的定義。

噪聲通常被稱為“EMC（Electromagnetic Compatibility，電磁兼容性）”，是指“不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生噪聲干擾；即使受到來(lái)自其他設(shè)備的噪聲干擾，仍保持原有的性能”這兩種性能。但是，在現(xiàn)場(chǎng)中具體使用時(shí)，使用“EMI”和“EMS”這兩種由EMC分類出來(lái)的表達(dá)方式。

EMI是用來(lái)衡量對(duì)象產(chǎn)品的運(yùn)行產(chǎn)生多少噪聲、是否給外圍IC和系統(tǒng)帶來(lái)問題的指標(biāo)?！傲己玫腅MI特性”意味著產(chǎn)生的噪聲很少。 運(yùn)算放大器的噪聲被稱為“等效輸入噪聲電壓”，是由電路和工藝因素引發(fā)的。該噪聲在放大信號(hào)時(shí)成為誤差電壓，并影響放大的精度。

ROHM擁有豐富的低噪聲運(yùn)算放大器產(chǎn)品陣容。如欲獲取詳細(xì)信息，請(qǐng)點(diǎn)擊產(chǎn)品頁(yè)面。

• 高性能CMOS接地檢測(cè)低噪聲運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 低噪聲運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）

噪聲干擾可能會(huì)引發(fā)IC或設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)作。 EMS是用來(lái)衡量對(duì)象產(chǎn)品即使受到噪聲干擾也不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作的能力和抵抗力的指標(biāo)。因此，“良好的EMS特性”意味著不容易受到噪聲的影響。 在運(yùn)算放大器行業(yè)，“EMS特性良好且不易受噪聲影響”這一特性，因其具有出色的抗外部噪聲電磁干擾（EMI）能力而被表述為“抗EMI性能優(yōu)異/出色”“抗電磁干擾能力好。

“EMS特性良好” = “抗EMI性能出色”換句話說(shuō)，抗EMI性能出色的運(yùn)算放大器是指不易受外部噪聲影響的運(yùn)算放大器。

ROHM還擁有抗EMI性能出色的運(yùn)算放大器產(chǎn)品陣容。

• 抗EMI性能出色的接地檢測(cè)運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）
• 抗EMI性能出色的Rail-to-Rail運(yùn)算放大器 （產(chǎn)品搜索）

若給放大電路的輸入增加電壓，則在其輸出時(shí)，會(huì)出現(xiàn)輸入電壓放大率的倍數(shù)。該放大率用輸出電壓的大小除以輸入電壓的大小所得的值表示。 若將輸入電壓表示為Vs 、輸出電壓表示為Vo 、放大率表示為Av，則可定義如下。

放大率常用對(duì)數(shù)的20倍用分貝[dB]單位表示。 例如，運(yùn)算放大器的開放增益為100000倍(105倍)時(shí)，可將其用分貝表示如下。

這樣，即使是有10的多個(gè)次方的龐大放大率，若使用分貝表示，就可表示為較小數(shù)值100[dB]。 另外，以下整理了表示模擬電路所需的各種單位。

(a) dB ： 2個(gè)量之比的對(duì)數(shù)的10倍或20倍。

(b) Vp-p ： 波形的最大值與最小值之差。

? Vrms ： 有效值 平方均值的平方根。

(d) dBV ： 以1Vrms為基準(zhǔn)的表達(dá)式。

(e) dBm ： 以對(duì)某負(fù)載產(chǎn)生1mW的功率的電壓為基準(zhǔn)。 普通負(fù)載的值多為50Ω、600Ω等。

(f) oct ： 為“倍頻程”，1oct表示某頻率的2倍的值。

-6dB/oct表示頻率為2倍時(shí)，降低6dB。

(g) dec ： 為“十倍頻程”，1dec表示某頻率的10倍。

-20dB/oct表示頻率為10倍時(shí)，降低20dB。

※根據(jù)(f)、(g)、 -6dB/oct= -20dB/dec。

(h) dB（分貝）計(jì)算基礎(chǔ)

輸入偏置電壓是指有差分輸入電路的運(yùn)算放大器或比較器帶有的誤差電壓。理想運(yùn)算放大器或比較器的偏置電壓為0V。 給運(yùn)算放大器或比較器的輸入引腳輸入同相（相同）電壓時(shí)，理想運(yùn)算放大器不會(huì)輸出偏置電壓，但存在輸入偏置電壓時(shí)，就會(huì)輸出與輸入偏置電壓相應(yīng)的輸出電壓。 將該輸出電壓控制為0V所需的輸入引腳間的電壓差被稱為輸入偏置電壓，該值為輸入換算值。 作為輸入換算表示的優(yōu)點(diǎn)是，由于運(yùn)算放大器、比較器可在各種放大率或電路結(jié)構(gòu)中使用，若作為輸入換算電壓表示，那么就可以輕松地估量其對(duì)輸出電壓的影響。 偏置電壓的單位一般表示為[mV]或[μV]。 值越接近0越趨于理想狀態(tài)。

在同相輸入范圍外的領(lǐng)域，偏置電壓急劇增加，此領(lǐng)域內(nèi)不再作為運(yùn)算放大器或比較器進(jìn)行工作。 另外，對(duì)偏置電壓的出現(xiàn)頻率進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其以0V為中心正常分布。 即，在規(guī)定范圍內(nèi)隨機(jī)分布。 通常，規(guī)格值的表示以絕對(duì)值記載，因此實(shí)際上具有+極性和-極性兩種偏置電壓。

轉(zhuǎn)換速率是表示運(yùn)算放大器的工作速度的參數(shù)。 表示輸出電壓在規(guī)定的單位時(shí)間可變化的比例。 例如，1[V/μs]表示在1[μs]內(nèi)可使電壓發(fā)生1[V]的波動(dòng)。 理想運(yùn)算放大器可忠實(shí)地輸出任何輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，但實(shí)際上還存在一種叫做轉(zhuǎn)換速率的限制。 給輸入施加上升沿和下降沿比較陡峭的矩形波脈沖時(shí)，表示輸出電壓在單位時(shí)間內(nèi)可發(fā)生什么程度的變化。下圖表示轉(zhuǎn)換速率的定義。

【轉(zhuǎn)換速率測(cè)量電路和波形圖】

上升沿和下降沿的轉(zhuǎn)換速率按下式計(jì)算。

轉(zhuǎn)換速率按“上升沿”或“下降沿”中較慢的一方為基準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定。 因此，表示運(yùn)算放大器輸出信號(hào)的斜率的最大值。 對(duì)于波動(dòng)更劇烈的信號(hào)，輸出波形難以跟隨而發(fā)生變形。構(gòu)成放大電路時(shí)，轉(zhuǎn)換速率是輸出變化的比例，因此不會(huì)發(fā)生變化。

運(yùn)算放大器用于直流、交流兩者的信號(hào)放大。 運(yùn)算放大器受響應(yīng)速度限制，并非可處理任何信號(hào)。 在上圖所示的電壓跟隨器結(jié)構(gòu)中，直流電壓輸入受到輸入電壓范圍和輸出電壓范圍的限制。 此外，帶有頻率的交流信號(hào)還受到增益帶寬積和轉(zhuǎn)換速率的制約。

此處對(duì)振幅與頻率的關(guān)系，即轉(zhuǎn)換速率加以考慮。 求運(yùn)算放大器可輸出的最大頻率。

【正弦波】

求輸出右圖所示波形所需的轉(zhuǎn)換速率。

轉(zhuǎn)換速率是正弦波的切線的斜率，故對(duì)上式進(jìn)行微分。

轉(zhuǎn)換速率為

再者，正弦波的振幅是峰間值，VPP=2A，因此，可進(jìn)行如下變形。

該頻率f被叫做全功率帶寬。 它們處于運(yùn)算放大器未設(shè)定放大率的狀態(tài)，即電壓跟隨器中運(yùn)算放大器的可輸出振幅（在輸出電壓范圍內(nèi)）與頻率的關(guān)系。

例）在SR=1V/μs的運(yùn)算放大器中，可輸出1VPP信號(hào)的頻率為

振幅保持不變且超過上述求得的頻率時(shí)，波形受轉(zhuǎn)換速率限制，正弦波變?yōu)槿遣?，發(fā)生失真。

運(yùn)算放大器是具有高電壓增益的放大器，但幾乎不是運(yùn)算放大器單體進(jìn)行放大。 原因是開環(huán)增益存在偏差，或帶寬較窄，難以控制放大率。 因此，一般構(gòu)成負(fù)反饋電路后使用。 下圖表示負(fù)反饋系統(tǒng)的模型。

構(gòu)成負(fù)反饋電路可舉出以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

[構(gòu)成負(fù)反饋電路的優(yōu)點(diǎn)]

• 放大電路的增益固定的領(lǐng)域（帶寬）可得到擴(kuò)展
• 由于構(gòu)成了負(fù)反饋電路，使運(yùn)算放大器的開環(huán)增益的偏差影響變小
• 可抑制失真

首先求出該模型的輸入與輸出的關(guān)系，即傳遞函數(shù)。

AO ： 運(yùn)算放大器開環(huán)增益

β ： 反饋率

1+βA(s) ： 反饋量

環(huán)路增益 ： βA(s)

另外如下式所示，運(yùn)算放大器具有1階滯后傳遞函數(shù)。

上圖的頻率特性用上式關(guān)系進(jìn)行了解釋。 可以發(fā)現(xiàn)，由于采用了負(fù)反饋，增益變小，變?yōu)榉答伭康?1/(1+βAO)，帶寬從ωO擴(kuò)大到了 ωO(1+βAO)。

在輸入與輸出的傳遞函數(shù)公式中，假設(shè)運(yùn)算放大器的開環(huán)增益足夠大，即AO?1，則低頻的負(fù)反饋電路的增益可近似于1/β。 即運(yùn)算放大器的開環(huán)增益較大時(shí)，反饋電路的增益與運(yùn)算放大器的增益無(wú)關(guān)，僅由反饋率決定。 同樣，反相放大器等的放大電路的低頻放大率僅由外置電阻決定。 另外，運(yùn)算放大器的開環(huán)增益足夠大即AO?1 時(shí)，即便因溫度特性或制造偏差而使運(yùn)算放大器的開環(huán)增益多少發(fā)生變動(dòng)，所受的影響也比較小。

下圖表示含有誤差要素的反饋電路。 此處將運(yùn)算放大器中發(fā)生的誤差要素表示為VD。 含有失真、誤差電壓、噪音等要素。

下式表示含有失真的傳遞函數(shù)。 如公式所示，增益A(s)越大 VD項(xiàng)越小，這樣可抑制誤差。

相反，構(gòu)成負(fù)反饋電路可舉出以下幾個(gè)缺點(diǎn)。

[構(gòu)成負(fù)反饋電路的缺點(diǎn)]

與開環(huán)增益相比，電路的放大率降低。 反饋使電路變得易振蕩。

絕對(duì)最大額定項(xiàng)目是指即便是瞬間性的也是不可超越的條件。 施加了超過絕對(duì)最大額定值的電壓或在絕對(duì)最大額定值規(guī)定的溫度環(huán)境外使用時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致IC的特性退化或損壞。 對(duì)運(yùn)算放大器、比較器規(guī)定的絕對(duì)最大額定值的項(xiàng)目的意義加以說(shuō)明。

絕對(duì)最大額定電源電壓是指，保證內(nèi)部電路的特性無(wú)退化、無(wú)損壞的前提下，運(yùn)算放大器的正側(cè)電源引腳(VCC引腳)和負(fù)側(cè)電源引腳(VEE引腳)間可施加的最大電源電壓。 表示絕對(duì)最大額定電源電壓為36V的運(yùn)算放大器、比較器中可施加的電源電壓示例。

絕對(duì)最大額定電源電壓表示 VCC引腳與VEE引腳間的電壓差，使用時(shí)需要避免使 (VCC-VEE)的值超出絕對(duì)最大額定電源電壓值。 因此，給 VCC引腳施加24[V]、給VEE引腳施加-12[V]時(shí)，引腳間的電壓差為36V，不會(huì)產(chǎn)生特性退化或損壞的問題。 必須注意的是，絕對(duì)最大額定電源電壓與工作電源電壓的含義不同。 絕對(duì)最大額定電源電壓是表示不引起IC特性退化或損壞的范圍內(nèi)可施加的最大電源電壓值，并非可維持規(guī)格、特性的電壓范圍。 為了發(fā)揮規(guī)格中保證的特性，需要使用工作電源電壓范圍內(nèi)的電壓值。 但是，有些產(chǎn)品也存在絕對(duì)最大額定電源電壓與工作電源電壓的最大值相同的情況。

差分輸入電壓是指+輸入引腳（非反向輸入引腳）與-輸入引腳（反向輸入引腳）間在IC的特性無(wú)退化、無(wú)損壞的前提下可施加的最大電壓值。 該電壓既可以+輸入引腳為基準(zhǔn)，也可以-輸入引腳為基準(zhǔn)，表示兩個(gè)引腳間的電壓差。極性并非那么重要。 但是前提是各輸入引腳的電位大于VEE引腳的電位。 原因是IC內(nèi)置靜電破壞保護(hù)元件，當(dāng)輸入引腳的電位低于VEE時(shí)，電流會(huì)通過靜電破壞保護(hù)元件從引腳流出，從而可能導(dǎo)致IC的特性退化或損壞。 保護(hù)元件的形式有2種，下圖左側(cè)的輸入引腳與VEE(GND)間連接的情況，和右側(cè)輸入引腳與VCC、VEE(GND)兩者連接的情況。 前者因VCC側(cè)不存在電流流經(jīng)的路徑，因此差分電壓與VCC的值無(wú)關(guān)，而由輸入引腳上連接的晶體管（NPN晶體管、PNP晶體管等）的耐壓等決定。 后者因VCC側(cè)也有保護(hù)元件，且輸入引腳需要VCC以下的電位，因此，差分輸入電壓由VCC-VEE或VDD-VEE決定。

運(yùn)算放大器中使用了NPN差分輸入段，為了對(duì)晶體管的基極-發(fā)射極間進(jìn)行保護(hù)，有時(shí)會(huì)在輸入引腳間連接鉗位二極管，也有規(guī)定幾伏差分輸入電壓的產(chǎn)品。

絕對(duì)最大額定值的同相輸入電壓是指，將+輸入引腳（非反向輸入引腳）與-輸入引腳（反向輸入引腳）設(shè)定為相同電位的狀態(tài)下，在IC特性無(wú)退化、無(wú)損壞的前提下可施加的最大電壓值。 絕對(duì)最大額定值的同相輸入電壓與電氣特性項(xiàng)目中的同相輸入電壓范圍不同，并不保證IC的正常工作。 期望IC進(jìn)行正常工作時(shí)，需要滿足電氣特性項(xiàng)目的同相輸入電壓范圍。 一般絕對(duì)最大額定值的同相輸入電壓為VEE-0.3[V]、VCC+0.3[V]，而VCC側(cè)沒有保護(hù)元件的產(chǎn)品不受電源電壓限制，可施加絕對(duì)最大額定值的電源電壓(VEE+36V等）。 這樣，同相輸入電壓由輸入引腳的保護(hù)電路結(jié)構(gòu)、寄生元件、輸入晶體管的耐壓等決定。 另外，VEE-0.3V或VCC+0.3V的0.3V表示對(duì)靜電破壞保護(hù)元件(二極管)施加正向電壓時(shí)元件不工作的電壓范圍。

在“差分輸入電壓”和“同相輸入電壓”中，輸入低于VEE-0.3V或高于VCC+0.3V的電壓時(shí)，電流可能流入或流出輸入引腳，使IC特性退化或損壞。 防止發(fā)生此問題的方法有兩種，一種是在輸入引腳設(shè)置鉗位用正向電壓小型二極管，另一種是插入電阻，限制輸入引腳中流動(dòng)的電流。 第一種方法是限制輸入IC的電壓，第二種方法是限制電流。 請(qǐng)?jiān)O(shè)置電阻使輸入電流小于10mA。VF是二極管的正向電壓，約為0.6V。

工作溫度范圍是指可維持IC所期待的功能，進(jìn)行正常工作的范圍。 IC的特性會(huì)因溫度的不同而發(fā)生變動(dòng)。 因此，未作特別指定時(shí)，25℃環(huán)境下規(guī)定的規(guī)格值不能保證不變。 作為保證溫度范圍的項(xiàng)目，有全溫度范圍保證項(xiàng)目。 這是工作溫度范圍內(nèi)考慮了IC特性變動(dòng)的規(guī)格值。

最大接合部溫度是指半導(dǎo)體工作的最大溫度。 另外，接合是指PN接合。 芯片溫度高于規(guī)定的最大接合溫度時(shí)，在半導(dǎo)體結(jié)晶中生成多個(gè)電子孔對(duì)，芯片再不可作為元件正常工作。 因此，使用和進(jìn)行熱設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮IC消耗的功率引起的散熱或環(huán)境溫度。 最大接合部溫度由制造工藝決定。 保存溫度范圍表示IC在不工作的狀態(tài)，即無(wú)消耗功率的狀態(tài)下保存環(huán)境的最大溫度。 一般與最大接合部溫度的值相同。

容許損耗（總損耗）PD表示環(huán)境溫度Ta=25℃(常溫)時(shí)IC可消耗的功率。 IC消耗功率時(shí)會(huì)自發(fā)熱，因此芯片溫度比環(huán)境溫度高。 由于芯片容許溫度由最大接合部溫度決定，因此，可消耗功率受減熱曲線（降額曲線）限制。 封裝內(nèi)的IC芯片在25℃環(huán)境下的容許損耗由容許溫度（最大接合部溫度）與封裝的熱電阻（散熱性）決定。 而接合溫度的最大值由制造工藝決定。

IC的功率消耗產(chǎn)生的熱通過封裝的模具樹脂或引線框等散熱。 表示該散熱性（散熱難易度）的參數(shù)被稱為熱電阻，用符號(hào)θj-a[℃/W]表示。 可根據(jù)該熱電阻推測(cè)封裝內(nèi)部的IC溫度。 下圖表示封裝的熱電阻模型。θj-a表示芯片-外殼（封裝）間的熱電阻θj-c與外殼(封裝)-外部間的熱電阻θc-a之和。 只要知道了熱電阻θj-a、環(huán)境溫度Ta、消耗功率P的值，就可通過下式求出接合溫度。

下圖表示減熱曲線（降額曲線）的示例。 該曲線是表示在某環(huán)境溫度下IC可消耗多少功率的圖，表示IC芯片在不超出容許溫度的范圍內(nèi)可消耗的功率。 例如可考慮MSOP8的芯片溫度。 該IC的保存溫度范圍為-55[℃]～150[℃]，因此芯片的最大容許溫度為150[℃]。MSOP8的熱電阻為θj-a≒212.8[℃/W]，該IC在Ta=25[℃]，消耗0.58[mW]的功率時(shí)，接合溫度為

可以發(fā)現(xiàn)，由于已達(dá)到芯片的最大容許溫度，因此不能消耗更大的功率。 減熱曲線的每1[℃]的減少值由熱電阻的倒數(shù)決定。 此處，SOP8 ： 5.5[mW/℃] SSOP-B8 ： 5.0[mW/℃] MSOP8 ： 4.7[mW/℃]。