运算放大器的输入过压保护和输出相位反转

　　除非数据手册另有说明，运算放大器的输入故障电流应等于或小于5 mA以免受损。这是一个保守的经验法则，基于典型运放输入的金属走线宽度。更高的电流会引起"金属迁移",这是一种累积效应，如果持续发生的话，最终会导致走线开路。如果存在迁移现象，故障可能需要经过很长时间发生多次过压才会显现，这种故障非常难以发现。因此，即使一个放大器似乎能够短时间承受远高于5 mA的过压电流，也必须将最大电流限制在5 mA(或以下)，以确保长期可靠性。

　　某些运算放大器，如OP27等，内置保护二极管，但仍然需要限流。如果运算放大器具有保护二极管，它通常会规定最大差分输入电流。原理示意图上也应显示该保护电路。

　　某些运算放大器的输入还具有背靠背二极管，这不是用于输入过压保护，而是限制差分电压。如果存在这种二极管，差分输入电压将有±700 mV的绝对最大额定值。

　　图3所示电路是一个通用运算放大器共模保护电路。只要元件选择得当，大量运算放大器的输入都能获得有效保护。注意：运算放大器可能还有连接到电源的内部保护二极管(如图所示)，当正向电压超出或低于相应电源轨大约0.6 V时，该二极管就会导通。但在这种情况下，外部肖特基二极管与内部二极管并联，因而内部单元永远不会达到其阈值。将故障电流转移到外部可以消除潜在的应力，从而保护运算放大器。

　　外部二极管还能带来其它好处，有些可能不太明显。例如，如果允许故障电流流入运算放大器，则必须选择适当的RLIMIT,使得在最差情况的VIN下，最大电流不超过5 mA.这一要求可能导致RLIMIT值相当大，相关的噪声和失调电压增加可能是设计无法接受的。举例来说，为了预防100 V的VIN,根据5 mA要求，RLIMIT必须大于或等于20 k.然而，如果有外部肖特基箝位二极管，则RLIMIT可以由最大容许的D1-D2电流决定，它可以大于5 mA.不过这里应小心，对于非常高的电流，肖特基二极管压降可能超过0.6 V,从而激活内部运放二极管。

　　为使失调电压和噪声误差最小，必须使RLIMIT的值尽可能低。RLIMIT与运算放大器输入端串联，产生一个与偏置电流成比例的压降。如果不校正，此电压将表现为电路失调电压增加。因此，对于偏置电流中等且大致相等的运算放大器(大部分是双极性类型)，补偿电阻RFB用于平衡直流失调，使该误差最小。对于低偏置电流运算放大器(Ib ≤10 nA或FET型)，有可能不需要RFB.为使RFB相关噪声最小，应利用一个电容CF将其旁路。

消除输出相位反转

　　许多情况下，增加合适的RLIMIT电阻可以防止输出相位反转。然而，许多运算放大器制造商未必始终能够提供适合防止输出相位反转的RLIMIT电阻值。不过，可以通过一组测试以经验来确定该值。通常，防止相位反转的RLIMIT电阻值也会通过输入共模箝位二极管来安全地限制故障电流。如果不确定，可以从1 k的标称值开始测试。

　　通常而言，FET输入运算放大器只需要限流串联电阻来提供保护，但双极性输入放大器最好同时用限流电阻和肖特基二极管来提供保护(如图3所示的RLIMIT和D2)。

　　输入差分保护

　　到目前为止的讨论都是关于过压共模状况，它通常与输入级结构固有的PN结正偏有关。

　　过压保护还有一点也同样重要，那就是过大差分电压引起的过压。将过大差分电压施加于某些运算放大器时，可能导致其工作性能降低。

　　这种性能降低是由"反向结击穿"引发的，这是输入级导通不良的第二种情况，发生在差分过压状况下。然而，对于PN结反向击穿，问题的性质可能更加微妙，图4所示为一个运放输入级的一部分。

　　图4:具有D1-D2输入差分过压保护网络的运算放大器输入级

　　该电路适用于OP27等低噪声运算放大器，也是许多其它采用低噪声双极性晶体管来构成差分对Q1-Q2的放大器的典型保护电路。如果没有任何保护，可以看出，两个输入间高于大约7 V的电压将导致Q2或Q1(取决于相对极性)反向结击穿。注意，如果是射极-基极击穿，则很小的反向电流也会导致两个晶体管的增益和噪声性能下降。发生射极-基极击穿后，运算放大器参数(如偏置电流和噪声等)可能会超出额定范围。这通常是永久性的，逐渐而微妙地发生，特别是在由瞬变触发的情况下。因此，几乎所有低噪声运算放大器，无论是基于NPN还是PNP,都会采用保护二极管，如输入上的D1-D2等。如果施加的电压超过±0.6 V,这些二极管就会导通，从而保护晶体管。

　　虚线所示的串联电阻起到限流作用(为保护二极管提供保护)，但所有情况下均未使用。例如，AD797没有这些电阻，因为它们会降低器件的1 nV/Hz额定噪声性能。注意，如果内部缺少这些电阻，则必须提供外部限流措施，以防受差分过压状况影响。显而易见，这里存在一个取舍关系，必须权衡考虑全面保护的程度与噪声性能的降幅。注意，应用电路本身可能已在运算放大器输入中提供足够的电阻，因而不需要额外的电阻。

　　应用低噪声双极性输入级运算放大器时，首先应检查所选器件的数据手册，看它是否具有内部保护。需要时，应增加保护二极管D1-D2(如果运算放大器没有内置)，确保避免Q1-Q2射极-基极击穿。如果应用中运算放大器经历的差分瞬变高于5 V,这些二极管应能处理。普通的低电容二极管足以胜任，如1N4148系列。视需要增加限流电阻，以便将二极管电流限制在安全水平。

　　其它IC器件结，如基极-集电极和JFET