運算放大器的輸入過壓保護和輸出相位反轉

　　運算放大器和儀表放大器的這些不同過壓防范措施看起來很復雜，事實上也的確如此!只要運算放大器(或儀表放大器)輸入(和輸出)超出設備邊界條件，就可能發生危險情況或器件損毀。顯然，為了實現最高可靠性，必須防患于未然。

　　幸運的是，大多數應用都是完全內置于設備中，通常看到的是采用同一電源系統的其它IC的輸入和輸出。因此，這種情況下一般不需要箝位和保護方案。

　　圖5總結了過壓考慮事項。

　　圖5:電路內過壓考慮事項匯總

　　采用高共模電壓儀表放大器的共模過壓保護

　　在精密運算放大器之前進行阻性輸入衰減，是模擬通道過壓保護的終極簡化方案。這一組合相當于一個支持高壓的儀表放大器，如AD629等，它能夠以線性方式對疊加于最高±270 V共模電壓的差分信號進行處理。此外，過壓保護考慮最重要的一點是，片內電阻能夠為最高±500 V的共模或差分電壓提供保護。所有這些都是通過精密激光調整薄膜電阻陣列和運算放大器實現，如圖6所示。

　　圖6:高壓儀表放大器IC AD629提供± 500 V輸入過壓保護;僅采用單個器件，極其簡單，并且實現了防故障關斷操作

　　分析該拓撲結構可知，精密運算放大器AD629周圍的阻性網絡充當一個分壓器，將施加于VIN的共模電壓降低20倍。AD629同時以單位增益將輸入差模信號VIN轉換成以本地接地為基準的單端輸出信號。增益誤差不超過±0.03 %或±0.05 %,失調電壓不超過0.5 mV或1 mV(取決于器件等級)。AD629的電源電壓范圍是±2.5 V至±18 V.

　　這些因素相結合，使AD629成為可能經受危險瞬變電壓的卡外模擬輸入的簡便、單器件保護解決方案。由于所用的電阻值相對較大，因此它本身就能保護器件，在不加電情況下，輸入電阻也能安全地限制故障電流。此外，它還提供儀表放大器固有的運作優勢：高CMR(500Hz時最小值86 dB)、出色的整體直流精度和靈活、簡單的極性變化。

　　對性能不利的一面是，與較低增益的儀表放大器配置相比，如AMP03等，多個因素使得AD629的輸出噪聲和漂移相對較高，包括高值電阻的約翰遜噪聲和拓撲結構的高噪聲增益(21倍)。這些因素與電阻噪聲共同提高運算放大器的噪聲和漂移，提高幅度高于典型值。

　　當然，這個問題是否與具體應用有關，需要根據具體情況進行評估。

　　內置過壓保護的ADA4091-2運算放大器

　　ADA4091-2是一款雙通道、微功耗、單電源、3 MHz帶寬放大器，具有軌到軌輸入與輸出特性。ADA4091-2保證可采用+3 V至+36 V單電源供電以及±1.5 V至±18 V雙電源供電。

　　ADA4091-2擁有過壓保護輸入和二極管，允許輸入電壓高于或低于供電軌12 V,非常適合魯棒的工業應用。

　　具體應用包括便攜式電信設備、電源控制與保護、分流檢測，以及具有寬輸出范圍的傳感器接口。