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【任務(wù)】運(yùn)放是模擬電路的靈魂核心器件，為使運(yùn)放工作可靠且壽命達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，應(yīng)該對(duì)運(yùn)放采取必要的保護(hù)措施。運(yùn)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(guò)壓，過(guò)載。試對(duì)uA741運(yùn)放進(jìn)行：極性保護(hù)、浪涌電壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

【構(gòu)思】極性保護(hù)設(shè)計(jì)的最常用方法是根據(jù)二極管的單向?qū)щ娞匦?；浪?u>電流保護(hù)的本質(zhì)是限制瞬態(tài)電流的峰值，這要利用晶體管或場(chǎng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)；過(guò)壓保護(hù)（包括浪涌電壓保護(hù)）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(duì)電壓進(jìn)行限幅；過(guò)載保護(hù)可避免長(zhǎng)時(shí)間的大電流或短路電流對(duì)運(yùn)放的傷害，主要通過(guò)在過(guò)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(chǎng)管）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(資料圖片)

假定uA741采用雙電源±15V供電，查數(shù)據(jù)手冊(cè)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(jì)起始的電路如下圖：

一. 極性保護(hù)電路

單電源極性保護(hù)（防反接）的最簡(jiǎn)單辦法是沿著電源電壓方向正向串入一個(gè)二極管，但這里的uA741使用了雙電源，所以要使用兩個(gè)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(dāng)±15V接反時(shí)，因?yàn)槎O管無(wú)法導(dǎo)通，電源無(wú)法加到運(yùn)放上，從而使運(yùn)放不至因電源接反而燒毀。

當(dāng)然，如果還要求即使電源接反了，運(yùn)放仍然能正常工作，那就要用到橋堆了。試想，無(wú)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(gè)特性實(shí)現(xiàn)更加好的防反接電路：

二. 浪涌電壓保護(hù)

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(yùn)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(chǎng)管Q1，Q2的選擇只要保證IDS>2.8mA(運(yùn)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(guò)壓保護(hù)

過(guò)壓與浪涌電壓不同，前者是持續(xù)性的，后者是瞬態(tài)，一過(guò)性的。運(yùn)放需要過(guò)壓保護(hù)的地方有三個(gè)：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(duì)電壓進(jìn)行限幅。由于設(shè)計(jì)方法類同，茲舉反相輸入端過(guò)壓保護(hù)的設(shè)計(jì)（以反相比例放大器為例）：

通過(guò)D5、D6兩個(gè)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(guò)載保護(hù)

眾所周知，運(yùn)放的輸入電流微乎其微（高輸入阻抗，虛斷），因此不存在過(guò)載保護(hù)的問(wèn)題，而運(yùn)放的輸出電阻很小（提高了帶載能力），因此輸出電流是比較大的，應(yīng)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)（限制長(zhǎng)時(shí)間的大電流）。最簡(jiǎn)單的辦法是在運(yùn)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(yǔ)】上面的保護(hù)措施確實(shí)比較完善了，但設(shè)計(jì)電路還得講究經(jīng)濟(jì)性，別做大炮打蚊子，大神護(hù)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(jìn)行保護(hù)，不必求全。