如何保护放大器以及保护它的安全性

成为应用工程师最好的事情是我遇到的各种各样的客户，应用程序，电路和问题，所有这些都为我提供了学习新东西的日常机会。每年我都会收到几个问题，关于当电源 off 时用户可能对我们的放大器产生的性能。我喜欢把这些放大器称为“ off-amps 。”

除静电放电（ESD）测试外，放大器的特点是电源开启，因此解决了 - 放大器问题并不总是被切割和干燥。回答放大器问题需要详细了解放大器的内部晶体管级工作，放大器如何在没有电源的情况下运行，外部电路连接到放大器，以及外围电路如何在没有电源的情况下运行。 / p>

奇怪的是，我收到的大多数放大器问题都涉及电压而不是电源电压。感兴趣的电压通常是施加到关闭放大器的输入或输出的电压。为了节省电力，用户将有选择地关闭其系统的某些部分。这通常导致电压施加到系统的未供电部分。用户通常有兴趣了解放大器如何对这种错误电压作出反应，以及他们必须采取哪些预防措施来确保放大器的安全性。

了解如何保护放大器，我们首先要看看ESD保护二极管，这是放大器的第一道防线。 ESD二极管可以保护放大器免受短时高压的影响，但如果通过它们的电流不受限制，则可能会因长时间暴露在低直流电压下而损坏或损坏放大器。图1显示了具有ESD保护二极管的典型运算放大器。

二极管D1至D7构成放大器的ESD保护网络。在±IN之间的虚线内显示的二极管形成另一个保护网络，保护放大器输入级免受过压条件 1 。反并联网络中串联二极管的数量因放大器而异。要估算放大器输入之间的二极管数量，请查看放大器数据表中绝对最大额定值表中的差分输入电压。

当放大器电源关闭时，±IN上的电压可以打开二极管D1到D4。图1显示了从+ IN到保护二极管到电源的电流路径，假设存在到地的返回路径。红色曲线显示正电压到+ Vs的路径;蓝色迹线显示负电压到-Vs的路径。在断路放大器的输出端存在电压的情况下，可以通过二极管D6和D7从输出到电源得到类似的路径。最重要的安全预防措施是限制进入放大器引脚的电流。

在没有电流限制的情况下，二极管和放大器可能会损坏或损坏。我们通常建议将进入任何放大器引脚的电流限制在5 mA或更低。通常，所有必须添加的是串联电阻。图2显示了限流电流的示意图。在正常工作条件下，Rs对整个电路功能影响很小。假设在±Vs引脚接地的情况更糟的情况下，计算Rs，如下式所示：

在另一个涉及FET输入放大器的近期放大器询问中，用户想知道配置为单位增益的放大器是否仍然会在同相输入端对直流电压产生高输入阻抗。

像外交官一样，我回答说：“是的，不是。”对于低于0.6 V的电压，放大器输入呈现高输入阻抗，因为ESD二极管需要至少0.6 V才能导通。没有传导路径，输入仍然显示为高阻抗。但是，如果输入电压大于0.6 V，则电流将开始流过ESD二极管和关闭放大器内的其他“潜行路径”。要限制D3中的电流，请使用公式求解Rs。更糟糕的情况是4 V施加到放大器输入，Rs必须至少为680欧姆，而不是高输入阻抗。

反极性保护可以帮助这些应用。作为国防电子设计的前设计师，反极性保护是我经常融入我的设计的东西。即使极性错误的电源连接到系统的偏置引脚，反极性保护也可确保电路安全。采用反极性保护是一种简单，低成本的保险政策;所需要的只是一对二极管。如果施加正确的电源极性，二极管正向偏置，电路按预期工作。如果施加相反的电源极性，则二极管反向偏置。没有电流可以通过，电路受到保护。图3显示了一个带有反极性保护二极管的放大器。

反极性保护二极管还允许在更大的输入范围内实现高输入阻抗，因为二极管会增加额外的电压降，必须在电流流动之前克服。通过外部二极管RPD1可以优雅地实现阻止电流流过D3至+ Vs引脚。对于正电压，RPD1反向偏置，因此阻止电流流过D3。电流不会通过ESD二极管D4从输入流向负轨，后者是反向偏置的，但它寻找通过FET输入级的PN结的另一条路径。二极管RPD2形成一个额外的电压屏障，必须在任何电流流动之前克服。

图4显示了用于测量关断放大器输入阻抗的测试电路。注意，Rs大于等式所要求的值。较大的电阻可以更大地限制电流，同样重要的是，它在实验室中很容易获得。

图5显示了没有反极性保护二极管的FET关断放大器的输入阻抗。输入阻抗随着增加的偏压使D3更难转动而降低。

图6显示了两个不同负载条件下的输入阻抗，其中反极性保护二极管就位。请注意，图6中的Y轴为M欧姆而不是K欧姆，如图5所示。反极性保护二极管提供三个数量级的改进。断点表示当输入电压增加时，关闭放大器内的不同结点被接通。反极性保护二极管有助于提高断点的阈值。负载阻抗的值是该应用中的重要考虑因素。对地的低阻抗分流负载将为电流提供并联的低阻抗路径，并使这种方法无用。因此，用户必须了解关闭放大器在没有电源的情况下的行为，以及相邻电路的行为方式。

了解放大器问题的底部可能具有挑战性，必须考虑的许多因素。放大器类型，外围电路以及输入和输出电压都很重要。保护关断放大器的最佳方法是确保接触放大器的任何电路的电源也关闭。如果那是不可能的，那么一定要限制进入放大器的电流。如果您需要其他帮助，请务必咨询应用工程师。