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运放选型的新认识

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sinasun|  楼主 | 2023-4-13 19:28 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
最近使用运放遇到一个选型不到位,造成打板反复的现象。简简单单的一个跟随器电路,弄得功能不正常,说到底还是对产品需求没有理解到位,对应用场景没有仔细分析。对于运放的选型,就在公司常用的器件中随便选了一个。
在下面的电路图中,系统上电后,运放U1组成的跟随器电路工作正常,发光二极管工作正常,MCU检测运放输出电压正常。
但是有另一个使用场景,就是不给运放U1的电源通电,仅仅是运放同相端提供一个电压,此时由其他电路检测同相端的电压,同时放光二极管也要点亮。并且该运放同相端的电压能驱动一个风扇工作。这个时候就出现问题了,风扇根本就不能工作。此时运放同相输入端电压只有0.6V。从原理图上来看,整个电路没有任何问题,运放没有电源,就不会工作,同相输入端是高阻状态。运放同相端经过R2R3分压,提供风扇驱动电路的控制信号。是不会影响风扇的驱动电路。但是实际电路就是实现不了实际目的。
随后通过一步一步拆解电路板,发现只要拆掉运放后,风扇和发光二极管就是工作正常了。然后就进一步查看运放的规格书,发现这个运放是同相端是有输入ESD保护的功能。一般运放芯片上都会有相应的ESD保护电路,其目标就是泄放电流和钳位电压,保护脆弱的内部电路不受外部偶发静电而损坏。这个功能是很有必要的,毕竟运放芯片在产线进行PCBA组装的时候,会遭受各种异常工况,被静电损坏的可能性很高。
在我的这个产品应用中,运放在没有电源的情况下,运放的输入端到电源端由ESD二极管钳位,所以运放同相输入端就只有0.6V。有的运放规格书会专门对这个特性做了说明,来表明运放是否具备输入端有ESD保护的功能。如果在运放没有电源的时候,依然是需要运放同相端具备高阻特性,不要ESD钳位保护。就需要选择没有输入同相端的ESD保护,比如TILM318,就是这种特性。其规格书也提到了。
由于很难找到P2P兼容的运放,所以这次打的电路板就不能使用,就需要重新做一块新的电路板。实际在设计过程中,如果没有足够时间仔细看规格书,在运放同相端串联一个100K左右的电阻,即使运放输入端有ESD保护,也不会钳位到0.6V。此时运放同相端电压就是Iin*100K+VF,就不会被钳位的,也还是可以用的。
但这种电路设计,就会带来另一个影响,就是在运放有电源的时候,尤其对于电压型负载来说,此时运放同相端添加的电阻就是电源内阻,其内阻越大、负载获得的电压就会越小。这是由于偏置电流的作用影响,就会降低同相端的电压,造成跟随器的输出电压不是输入电压,对高精度检测的电路有比较大的影响。
总之,在选型没有完全确定的时候,还在研发改善的节点的状态,在运放同相端预留电阻是有必要的,也可以调试的时候试下功能,加快研发的进度。后期不使用该电阻的时候就空贴的。

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21ic小管家 打赏了 30.00 元 2023-05-26
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地瓜patch| | 2023-4-13 20:48 | 只看该作者
这个帖子有质量

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板凳
zlf1208| | 2023-4-14 14:06 | 只看该作者
本帖最后由 zlf1208 于 2023-4-14 15:27 编辑

很多电工都跟楼主有相同的观点,认为只要不给芯片供电,芯片就不会工作,实际上楼主也已经感悟到并非如此,说得更玄一点,芯片没有接入电路的时候也会工作,当把芯片拿到手上,芯片中的ESD电路就开始工作了(人体和芯片构成了电路)!所以“只要不给芯片供电,芯片就不会工作”这样的想法,从根本上说,就是对电路的理解不够深刻,一个芯片,只要有二个以上的端子接入电路,不论是否上电,芯片一定会进入工作状态,至于这个状态是否会影响到其它电路,则与芯片内部的具体电路有关了。

另外,不管三七二十一在运放的输入端加一个电阻,也是不可取的,一定要在自己明白的情况下才加,这叫有的放矢,是知其然更知其所以然,这样就能够成为高手。

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地板
xmar| | 2023-4-14 15:38 | 只看该作者
本帖最后由 xmar 于 2023-4-14 15:50 编辑

实际上,造成楼主困惑的根本原因是半导体集成电路内部隔离是靠PN结反向加电获得的。不加电IC引脚反而不是高阻。也就是说,电路设计不能有不加电IC留在电路上。

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5
王栋春| | 2023-4-14 22:03 | 只看该作者
对运放有相当的研究,受教了。                                          

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6
GavinZ| | 2023-4-15 16:59 | 只看该作者
本帖最后由 GavinZ 于 2023-4-15 17:07 编辑

串入电阻增加输入阻抗就行了。AD820不是你说的这原因吧,手册上没说ESD diode。

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