運放保護電路設(shè)計

【任務(wù)】運放是模擬電路的靈魂核心器件，為使運放工作可靠且壽命達到設(shè)計預(yù)期，應(yīng)該對運放采取必要的保護措施。運放作為一種高輸入阻抗，高增益的器件，其損壞的原因主要有：電源極性接反，浪涌電壓，過壓，過載。試對uA741運放進行：極性保護、浪涌電壓保護、過壓保護、過載保護電路設(shè)計。

【構(gòu)思】極性保護設(shè)計的最常用方法是根據(jù)二極管的單向?qū)щ娞匦?；浪?a href="http://wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流保護的本質(zhì)是限制瞬態(tài)電流的峰值，這要利用晶體管或場管來實現(xiàn)；過壓保護（包括浪涌電壓保護）的目的是限制電壓峰值，可使用瞬態(tài)抑制二極管（TVS），穩(wěn)壓二極管，高速開關(guān)管對電壓進行限幅；過載保護可避免長時間的大電流或短路電流對運放的傷害，主要通過在過載回路上串聯(lián)限流電阻或串聯(lián)條件關(guān)斷的晶體管（場管）來實現(xiàn)。

假定uA741采用雙電源±15V供電，查數(shù)據(jù)手冊可知uA741的以下參數(shù)：最大電源電壓±22V； 最大輸入電壓±15V； 最大電源電流2.8mA。設(shè)計起始的電路如下圖：

一. 極性保護電路

單電源極性保護（防反接）的最簡單辦法是沿著電源電壓方向正向串入一個二極管，但這里的uA741使用了雙電源，所以要使用兩個二極管。二極管選擇：1N4148開關(guān)管的最高反向工作電壓75V>15-(-15)=30V，正向?qū)娏?50mA>2.8mA(uA最大電源電流)，所以使用1N4148足矣。

可以看出，當±15V接反時，因為二極管無法導(dǎo)通，電源無法加到運放上，從而使運放不至因電源接反而燒毀。

當然，如果還要求即使電源接反了，運放仍然能正常工作，那就要用到橋堆了。試想，無論橋堆的輸入端電壓方向如何（交流、直流），橋堆的輸出電壓方向都不變，于是我們可利用橋堆的這個特性實現(xiàn)更加好的防反接電路：

二. 浪涌電壓保護

利用JFET的預(yù)夾斷恒流特性及穩(wěn)壓管的鉗位作用限制運放電源的電流，穩(wěn)壓管給JFET限定偏置，JFET串入電源回路。

結(jié)型場管Q1，Q2的選擇只要保證IDS>2.8mA(運放最大電源電流)即可，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值限制在15~22V即可：

三. 過壓保護

過壓與浪涌電壓不同，前者是持續(xù)性的，后者是瞬態(tài)，一過性的。運放需要過壓保護的地方有三個：電源端、輸入端、輸出端，可以在這些地方添加穩(wěn)壓管（單向或雙向）或TVS管（單向或雙向）對電壓進行限幅。由于設(shè)計方法類同，茲舉反相輸入端過壓保護的設(shè)計（以反相比例放大器為例）：

通過D5、D6兩個穩(wěn)壓管的限幅作用，將反相輸入端電壓限制在±15V以內(nèi)。

四. 過載保護

眾所周知，運放的輸入電流微乎其微（高輸入阻抗，虛斷），因此不存在過載保護的問題，而運放的輸出電阻很?。ㄌ岣吡藥лd能力），因此輸出電流是比較大的，應(yīng)進行過載保護（限制長時間的大電流）。最簡單的辦法是在運放的輸出端串聯(lián)限流電阻Ro，Ro的取值在50~200Ω之間，我這兒取靠近中間值得100Ω吧。

【結(jié)語】上面的保護措施確實比較完善了，但設(shè)計電路還得講究經(jīng)濟性，別做大炮打蚊子，大神護小鬼這樣的不劃算的賠本買賣。應(yīng)該抓住主要矛盾，選擇緊要處進行保護，不必求全。