本刊去年第3期曾发表了《集成运算放大器的几种实用保护电路》一文,我认为文中有几点说法是错误的,下面谈谈我的看法,并补充两个常用的保护电路。
几点不同看法
1.在谈到输入端保护电路时,作者将集成运算放大器输入端的差动信号分成强信号和弱信号两种情况,并相应给出两种保护电路,这是不对的。实际上,在原文所给出的图1、图2电路都是单端输入的条件下,由于集成运算放大器的开环放大倍数很高,输入阻抗也很高,运放电路正、负输入端的电位差很小,当运放电路内部产生自激振荡或输入信号过强时,运放电路工作已不正常。因此,在对运放电路输入端进行保护时,不论是强输入信号还是弱输入信号,都可以来用图1形式,用两只硅二极管把输入电压限制在0.6伏以内,也可以采用图2形式,用两只对接的稳压二极管把输入电压箝位在集成运电路允许的差模电压范围内。将强、弱信号分开谈论是没有道理的。


2.在谈到对共模输入信号进行保护时,原文在图3(即本文图3)中采用了四只二极管,实际上图3中的D\(_{1}\)、D2可以省略。其原因是运算放大器负输入端的电压V\(_{-}\)是跟随正输入端电压V+变化的,当运放电路同相端的电压被二极管D\(_{3}\)、D4限制在集成运放最大共模电压范围内时,反相端也就同时被限制了。

3. 原文图6(即本文图4)是一个扩展集成运放输出电压幅度的电路,图中加了D\(_{1}\)~D4四只二极管,旨在对其电源端进行保护。但这四只二极管是否能起到电源端的保护作用呢?设输入信号V\(_{i}\)为正,则运放电路输出端为负,A点和B点电位均降低。当Vi很大时,运放电路输出电压负向趋向饱和, A点和B点电压均降到最低,二极管D\(_{2}\)反偏,由于A点的最低电位或B点的最高电位为零伏,而R2一端接地,因此D\(_{3}\)、D4始终反偏。如输入信号V\(_{i}\)大于A点电位,则D1导通,使A点电位升高,从而使A、B两点电位差增大,运放电路正负电源电压差增大,运放更容易损坏。当输入信号为负时,D\(_{1}\)反偏,如D2导通,同样会使运放电路正负电源电压差增大。因此原文图6(即本文图4)中, D\(_{1}\)~D4的增设丝毫起不到保护集成运放电源端的作用。其中D\(_{3}\)、D4是多余的,D\(_{1}\)、D2 的作用是适得其反的。

补充几种保护电路
1.输出端对地短路时的保护电路:我们知道,一般集成运算放大器输出电流都很小,大多数不超过±10毫安,当其输出端对地短路时,就可能烧坏集成块。特别是对那些内部无输出保护电路,或者虽有但限流不够的运放电路,如F001~F005、5G23、F008等更是如此。为了防止这种损坏,可设置一些保护电路。图5是输出幅度不大、负载较轻时的保护电路。当运放输出短路时,由于R\(_{0}\)的存在,运放的输出电流被限制。这里要注意,反馈电阻Rf不要从运放电路输出端接,否则R\(_{0}\)就成为电路的负载了。电阻R0 可取500欧左右。由于R\(_{0}\)取值较大(R0太小了起不到保护作用),输出电流在R\(_{0}\)上有压降,从而会使电路输出幅度范围减小(等于运放电路最大输出电压减去IR0值)。为了克服此缺点,可如图6所示将R\(_{0}\)换成结型场效应管。图中场效应管近似为恒流源。电路正常工作时,场效应管呈现低阻抗,基本上不影响电路的输出电压范围。当电路输出端短路时,恒流源呈现很高的阻抗,使运放电路输出电流得以限制。二极管D1的作用是,在电路输出负电压时,与场效应管一起构成恒流源。D\(_{2}\)则是在电路输出正电压时与场效应管一起构成恒流源。场效应管应取其饱和漏源电流IDSS略大于集成运放输出电流的管子,如3DJ6H、3DJ7G等。I\(_{DSS}\)值不能取太大或太小,如果场效应管IDSS太大,保护作用会削弱;I\(_{DSS}\)太小,在运放电路输出电流稍大时,恒流源阻值增大,会限制运放电路的输出幅度范围。


2.电源端的保护电路:当集成运放电路的外接电源大于集成运放电路的最大工作电压时,运放块也会损坏。因此,在运放电路实际工作电源电压较高,或供电电源电压产生突变时(有些质量不好的电源,在开启和断开时有一定过压,此过压幅度很大,往往为正常电压的几倍),应对电源端进行保护。

图7是一种较好的保护电路,D\(_{1}\)、D2可取稳压值略小于集成运放最大工作电源电压而大于实际工作电源电压V\(_{+}\)、V-的稳压二极管;场效应管应接成恒流源形式,并且选用饱和电流I\(_{DSS}\)略大于集成运放电路工作电流的场效应管;C1、C\(_{2}\)为滤波电容,可取10μF~20μF。当电源工作正常时,D1、D\(_{2}\)不工作,场效应管呈低阻抗,不影响集成运放电路正常工作。当电源电压突变增高时,D1和D\(_{2}\)工作,使集成运放电路工作电压不会超过允许值,而场效应管此时呈现高阻抗,从而限制了稳压二极管上流过的电流,使稳压二极管不致烧坏。由于恒流源具有限流作用,因此该保护电路对运放电路输出端短路时也有一定保护作用。另外在工作电源V+、V\(_{-}\)不太高、且电源电压突变幅度不大时,图7中的两只场效应管也可以用电阻代替,电阻值可取100欧左右。(鲁令年)