運算放大器是指一類專門通過改變外圍器件可以實現不同算數運算的放大器。任何一顆運放都集成了非常多的晶體管,這些晶體管除了構成基本的工作電路,同時也會有實現輸入輸出電壓鉗位等保護功能。但是因為生產工藝的原因,在制造這些保證運放正常工作的晶體管的過程中,不可避免地會引入寄生晶體管和二極管。當運算放大器工作在規格書指定的工作范圍內時,這些寄生晶體管不會對芯片的工作造成影響。然而,如果運放工作在超規格書的范圍時,可能使得芯片的輸出異常,進入輸出鉗位狀態,從而影響電路的正常工作。本文以LM358為例,介紹其進入輸出鉗位狀態的機理,同時提出避免芯片被鉗位的解決辦法。
?一、運算放大器進入鉗位狀態的原理(以LM358為例)
?雖然各家廠商推出的運算放大器性能與規格互有差異,但是一般而言標準的運算放大器都包含下列三個部分。
?1.差動輸入級:以一差分放大器作為輸入級,提供高輸入阻抗以及低噪聲放大的功能。2.增益級:運算放大器電壓增益的主要來源,將輸入信號放大轉為單端輸出后送往下一級。3.輸出級:輸出級的需求包括低輸出阻抗、高驅動力、限流以及短路保護等功能。
?
?可以看到,所有電路的基本組成單元都是NPN管和PNP管,這些NPN和PNP管由連接到地的P基底隔開,如圖2所示,這個基底將所有三極管隔離開。但是,如果LM358的輸入端(PNP的base極)太低,低過P基底一個電壓,那么這個偏置電壓就會導致電流流經基底,而使得芯片無法正常工作。所以LM358的規格書會規定其輸入電壓的范圍,比如最低不能超過-0.3V。
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?如圖4所標注,PNP管的發射極,P基底和NPN管的集電極構成了一個寄生的NPN管,當運放的輸入低于-0.3V時(比如-1V),寄生的NPN管的發射極比基極低-1V,這個電壓足夠使得寄生的NPN管導通,從而引起電流從集電極流向基極,這樣,原本原本隔離開的兩個晶體管之間就有了電氣連接,同時與GND之間也有了電氣連接,芯片將無法正常工作。
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?圖5用紅點標出了LM358所有可能有漏電流的點,以①點為例,當其對地有漏電流時,芯片輸出端的PNP管將導通,從而使得芯片輸出被鉗位到低電平。
?
?不同地點的漏電流會導致不同的運放輸出狀態,有些可能使得芯片輸出為高,有些可能使得芯片輸出為低。對于同樣的輸入,比如IN-輸入為-1V,其引起的可能有漏電流的地方也隨著芯片layout的不同而不同,一般離得越近的晶體管之間更容易引起漏電流,對于同一系列的芯片,比如LM358和LM358B,由于其裸片的layout不同,對于同樣的輸入超規格書使用,輸出的鉗位狀態也不同。
?二、鉗位狀態可能引起的問題及其避免方法
?在實際應用過程中,絕大多數工程師都會避免輸入信號的電壓超過規格書規定的范圍,但是,由于上電順序的影響,運放很容易出現被測量信號比電源信號早上電的情況,從而導致芯片超規格使用從而進入鉗位狀態。
?圖6是一個常見的電壓測量電路,LM358B由±5V供電,很容易可以推算出正常工作時Vout=VS1*(-R3/R1)=-250V*(-5.6/820)=1.71V。
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?我們在實際電路中測量,發現實際運放的輸出和芯片的上電順序有關,如表1所示:
?
?可以看到,當運放供電先于被測電壓上電時運放的輸出都是正常的,這是因為在整個過程中芯片的輸入電壓都沒有超過電源電壓,從而符合規格書的應用范圍。當運放供電晚于被測-250V電壓上電,當被測電壓上電而運放未上電時,運放的負輸入端會有一個低于-0.3V的負電壓,根據第一章的分析,可能會導致運放的輸出鉗位到正電源電壓或者負電源電壓。對于LM358而言,其輸出被鉗位到正電源電壓,當供電電源上電后,+5V電源會通過輸出端將LM358的輸入端拉回正電壓,從而使得芯片的輸出恢復正常。而對于LM358B而言,其輸出被鉗位到負電源電壓,當供電電源上電后,-5V電源通過輸出端將LM358B的輸入端拉到更低的電壓(實測為-5.68V),這個電壓比負電源低0.68V,輸出始終被鉗位到負電源電壓附近無法恢復正常。
?從上文分析可以看出,不同的鉗位狀態可能導致不同的輸出,由于鉗位狀態和芯片的layout有關,我們無法預知一顆芯片的鉗位狀態,為了避免異常情況,針對輸入電壓可能先于電源電壓上電的情況,我們可以:
?1.人為控制上電順序,保證在整個過程中不會出現輸入電壓超規格的情況。2.在運放的輸入端加對地鉗位二極管,保證在任何上電順序下運放的輸入電壓都不會超規格。為了驗證方法2,我們在LM358和LM358B的輸入對負電源加入反向鉗位二極管后實測的結果如下:
?
?三、結論
?1.運放的輸入電壓超過規格書可能導致運放內部寄生晶體管產生漏電流,從而導致芯片的輸出鉗位到正電源或者負電源。
?2. 不同的鉗位狀態可能導致同一電路出現不同表現,有些可以正常工作而有些不能。
?3. 運放的鉗位狀態和芯片裸片(DIE)的layout有關,即使是同一系列的運放也可能有不同的layout從而導致不同的鉗位狀態,因為芯片裸片的layout是不公開信息,我們無法預知運放的鉗位狀態。為了避免運放因為輸入超規格導致工作異常,我們可以在輸入端對正負電源加鉗位二極管,避免運放輸入超規格,從而保證電路的正常工作。
?作者:Howard Zou來源:TI
運算放大器通俗講解 運放LM358進入鉗位狀態的原理與問題避免辦法
- 運放電路(34378)
- 運算放大器(170475)
- 差分放大器(51492)
- 運放(52300)
- LM358(70858)
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2017-11-24 10:01:3627650
LM358雙運算放大器型號_LM358雙運算放大器應用實例
LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。
2017-11-24 14:39:498552
lm393與lm358的特點及區別
本文主要介紹了lm393與lm358的特點及區別:LM393是雙電壓比較器,LM358是雙運算放大器,比較器和運放雖然在電路圖上符號相同,但這兩種器件確有非常大的區別。
2017-12-11 13:20:4379480
淺析SOP8封裝LM358運算放大器的測試
本文淺析SOP8封裝LM358運算放大器的測試,探討了關鍵參數的測試電路設計和測試方法,在QT8100測試平臺上實現LM358運算放大器的量產測試。
2017-12-12 09:22:2327480
lm358音頻放大電路圖(7款電路圖分享)
LM358是雙運算放大器。內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。
2018-01-20 11:51:22172449
SE532,LM258,LM358和LM2904低功耗雙運算放大器的詳細資料概述
SE532/LM358/LM2904由兩個獨立的、高增益的、內部頻率補償的運算放大器組成,內部頻率補償運算放大器專門設計用于在一個寬的電壓范圍內從單個電源工作。來自雙電源的操作也是可能的,并且低電源電流消耗與電源電壓的大小無關。
2018-07-05 08:00:0045
LM358 二路通用運算放大器
電子發燒友網為你提供TI(ti)LM358相關產品參數、數據手冊,更有LM358的引腳圖、接線圖、封裝手冊、中文資料、英文資料,LM358真值表,LM358管腳等資料,希望可以幫助到廣大的電子工程師們。
2018-11-02 18:20:05
LM358雙運算放大器的中文資料免費下載
LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器
2019-03-22 08:00:0010
LM358雙運算放大器的中文資料免費下載
LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器
2019-07-04 14:52:4241
LM358雙運算放大器的中文數據手冊免費下載
LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。
2019-11-26 17:27:0544
LM358運算放大器的中文數據手冊免費下載
LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。
2020-06-11 18:06:4858
LM358B和LM2904B系列雙運算放大器的數據手冊免費下載
LM358B和LM2904B是工業標準運算放大器(運算放大器)LM358和LM2904的下一代版本,其中包括兩個高壓(36-V)運算放大器。這些器件為成本敏感型應用提供了突出的價值,其特點包括低偏移
2020-10-15 08:00:0019
LM358_158_258_2904雙運算放大器電路的典型應用
LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。
2021-04-14 09:37:4022
運放輸出鉗位機理及避免辦法匯總
以LM358為例,介紹其進入輸出鉗位狀態的機理,同時提出避免芯片被鉗位的解決辦法。
一、運算放大器進入鉗位狀態的原理(以LM358為例)
??????? 雖然各家廠商推出
2022-01-12 16:46:00905
如何使用LM358和MOSFET構建可編程增益放大器
在本教程中,我將向您展示如何 使用 LM358 運算放大器和 MOSFET 構建您自己的可編程增益放大器,并在測試的同時討論該電路的一些優缺點。
2022-08-15 15:54:472038
LM358雙運算放大器數據手冊
LM358B和LM2904B設備是行業標準LM358的下一代版本和LM2904設備,包括兩個高壓(36-V)運算放大器(運算放大器)。這些設備為成本敏感型產品提供卓越價值應用程序,具有包括低偏移在內的功能(300μV,典型),共模輸入范圍至接地和高差分輸入電壓能力。
2022-08-30 17:41:3614
LM358B/LM2904B行業標準雙路運算放大器手冊
LM358B和LM2904B器件是行業標準運算放大器LM358和LM2904的下一代版本,其中包括兩個高壓(36V)運算放大器。這些器件為成本敏感型應用提供了卓越的價值,其特性包括低偏移(300uV,典型值)、對地共模輸入范圍和高差分輸入電壓能力。
2023-02-20 11:08:580
運算放大器的應用講解(二)
今天我們一起討論一下軌到軌(rail-to-rail)運算放大器。
首先,看一下軌到軌運放和非軌到軌運放的最明顯差別:
測試條件:運放正電源:+5V,負電源:0V,運放以最大電壓輸出。
非軌到軌運放以 LM358 進行測試,輸出電壓約3.5V,
2023-04-30 14:20:00645
基于LM358的麥克風前置放大器電路
這種基于LM358的麥克風前置放大器電路具有非常簡單的結構,這就是該前置放大器的主放大器非常流行的運算放大器,即LM358。
2023-05-13 16:47:432567
一文詳解:低功耗雙運算放大器LM358,超全
LM358低功耗雙運算放大器算是電子元器件中的明星元件,在很多經典電子電路中,都能看到LM358的身影。LM358是由兩個獨立的高增益電壓比較器組成,可在單電源下或雙電源下工作,并且其電流大小不受
2022-07-13 17:36:214745
瑞盟通用運算放大器MS321/MS358/MS324,國產化替代,兼容LM321/LM358/LM324
瑞盟通用運算放大器:高壓、低功耗運算放大器,國產化替代,可完全兼容進口型號: MS321:通道數1,可兼容替代LM321 MS358:通道數2,可兼容替代LM358 MS324:通道數4,可兼容替代
2023-06-26 14:40:56893
LM358的諧波失真
LM358的諧波失真? LM358是一種常用的運算放大器,廣泛應用于模擬電路中。諧波失真是指電路輸出信號中包含有意或無意的非線性失真,從而引入諧波成分。 首先,讓我們來了解一下LM358的基本概念
2024-02-04 11:29:11305
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