给电子爱好者科普运放指标之一----输出短路电流Isc

登录 · 发表于 2021-3-11 08:48

论坛上有些电子爱好者朋友，居然不知道运放的输出电流能力是看手册上哪个指标的。
不知道也就罢了，可以谦虚的学习或询问，但是人家非得发表**，这是数百个反面教材之一：

实际上普通电工，略微想一想，就知道输出电流什么时候最大，以及这个最大值的意义，但是有人想了好几天，仍旧是百思不得其姐：

事情发展到这一步，已经纯粹是智力问题了。

下面专门给这位朋友科普一下，Isc的由来及作用。

登录 · 发表于 2021-3-11 08:55

不管是在现实生活中，还是逛其它论坛，我一直感觉自己懂的太少了，我看别人都比我聪明。
但是唯独和本版面的一些朋友交流，我才能发现我原来懂的还不少，一种智商优越感，跃然涌上心头
这种自我陶醉的感觉，在其它论坛以及现实生活中，是找不到的。

这种良好的智商优越感，是我准备花半个小时时间科普的动力之一。

既然谈的是运放输出电流，很明显要研究运放的输出级电路，简图如下：

登录 · 发表于 2021-3-11 08:58

这里有必要说清楚一个问题。

大家都知道，级联放大器的增益，是每一级的增益之积，于是这意味着，我想要更多的增益，只需要把很多的增益级，级联起来即可，理论上想要多大的增益，就能有多少。

于是问题来了：对于一个实际的运算放大器，其增益的极限，受制于什么因素？？？？？？？？

登录 · 发表于 2021-3-11 09:03

问题的答案，可能会出乎很多人的意料，大多数人会误以为是稳定性、频率补偿等，而实际上受制于芯片的热反馈稳定性！！！！

一个电路的稳定性，不单单是频率稳定，热反馈同样会造成稳定性问题。

对于正常的运放，其输入-输出特性类似于下图中的粉色曲线：

而芯片温度高到一定程度，此时的特性曲线会变成上图中的蓝色曲线，同志们看清楚了，此时曲线已有类似于负阻的特性了，电路是不稳定的。

登录 · 发表于 2021-3-11 09:17

关于功率管或者芯片的热模型，用电气类比的原理图如下：

图中的电流源P表示功耗，TA表示环境温度，R为热阻。

上面这个类比非常常见，一般书上都有，此处略去100字，花点时间讲讲一般书上说不到的东西。

管子或芯片为何会烧毁？？用专业术语讲为何会热失控？？？？

下图是A类放大器的热反馈示意图：

这个图我不想细画，只是想说明一个问题：既然热反馈也是反馈系统，当然在一定条件下会发生不稳定的问题，这个不稳定的后果就热失控，然后烧东西。
具体分析和电路理论中的负反馈，是一样的，只不过是符号以及符号的意义不同罢了。

登录 · 发表于 2021-3-11 09:27

本帖最后由 xukun977 于 2021-3-11 09:32 编辑

有上面这些知识背景以后，我们可以言归正传了。

根据这个电气类比模型：

我们推知下图中两个管子的温度，取决于环境温度TA、管子的功耗Pd、以及热阻！

如果给定芯片或管子的封装，那么热阻就确定了，于是管子的最大功耗，只与环境温度TA有关。于是在给定温度范围内，例如0°--85℃，管子功耗必定有个极限值，超出此值，管子大概率会因热失控而烧掉。

由于管子的功耗=电压✖电流，由于电源电压一般是定值，这就意味着必须限制最大电流，才能防止管子烧掉。

于是这里就有一个最大输出电流问题。

那么什么条件下，运放的输出电流最大？？？
我们想一想就能猜出，输出连接到电源上的时候。

瞎猜是不行的，我们下面来个证明：

如上图所示，一般情况下，电阻RE是远小于负阻电阻RL 的，所以我们近似推出在信号的正半周，管子T1导通，此时管子上的功耗Pd的表达式。

登录 · 发表于 2021-3-11 09:39

本帖最后由 xukun977 于 2021-3-11 09:48 编辑

功耗表达式有了，于是利用大一高等数学里的知识，求极值：

这里求出来的Io+，就是最大功耗时，对应的输出电流！！！这个值比较关键特殊，所以用个特殊的符号IO+表示。

由IO+的表达式可知，最大输出电流和负载RL有关，而且负载电阻越小，IO+越大。这里可以根据Io+的表达式，退至在IO+一定的情况下，对应的最小负载电阻RL的表达式。

另外，把IO+的表达式代入Pd表达式，得到最大功耗表达式为：

Pdmax=V+^2/4RL

此时对应的最小负载电阻RL=V+^2/4Pdmax

发表于 2021-3-11 09:51

如果运放输出短路到地，此时的输出电流为Pdmax/V+，大多数运放都会设计专门的限流保护电路，使得运放输出电流不超过此值，这就是运放的输出短路电流Isc！

发表于 2021-3-11 10:12

你觉得HWM会不明白Isc的由来？人家压根不是质疑“短路”或者“Isc”的意义，而是质疑“用运放输出短路条件下的Isc来计算运放非短路输出时输出电压的范围”的意义，

登录 · 发表于 2021-3-11 11:20

本帖最后由 xukun977 于 2021-3-11 11:21 编辑

现在论坛比较麻烦的地方在于：

扫一眼标题，一个感兴趣的帖子也没有。

包括TI模拟论坛版面也是：

对于电子书下载，我天天发愁的是：现在电脑里的电子书，即便一天看12个小时，看50年也看不完！！！
如果看到网上还有铺天盖地，到处都是电子书，我就更愁了-----想要我100年也看不完？

这本书1000多页，我走马观花翻了一遍，就是2个多月。

所以现在人的苦恼，不是没有书看，而是书太多，看不完！
论坛的烦恼是：大多数人扫一眼标题，鼠标就移到屏幕右上方的×上面去了。

发表于 2021-3-11 12:09

对于给定的负载，要知道输出范围，查看 Output Swing vs Load Resistance 图表才是正道，光看Isc是片面的，

登录 · 发表于 2021-3-11 12:15

manbo789 发表于 2021-3-11 12:09
对于给定的负载，要知道输出范围，查看 Output Swing vs Load Resistance 图表才是正道，光看Isc是片面的， ...

你来晚了，跑人屁股后去了。

发表于 2021-3-11 12:21

xukun977 发表于 2021-3-11 12:15
你来晚了，跑人屁股后去了。

登录 · 发表于 2021-3-11 15:03

这两个有区别

给电子爱好者科普运放指标之一----输出短路电流Isc

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