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运算放大器输入保护可能会产生噪声

面包板社区 · 公众号 · 硬件科技自媒体 · 2025-06-05 10:30

主要观点总结

文章介绍了运算放大器中的静电放电（ESD）保护二极管和电气过载（EOS）保护方案，包括输入限流电阻、瞬态电压抑制器（TVS）二极管、结型场效应晶体管（JFET）等的应用。文章还讨论了不同保护方案的优缺点，包括噪声、热噪声、输入偏置电流等因素。

ESD事件可能会导致极高电流，但持续时间仅为纳秒。大多数输入ESD保护二极管设计为可承受10 mA的连续电流。

限流电阻会引入直流失调误差，电阻产生的热噪声也需要考虑。TVS二极管用于保护电源免受通过ESD二极管传导的过载电压的影响。

JFET的工作原理是通过控制沟道电阻来限制电流。在正常工作条件下，JFET具有低电阻，产生较小的噪声和I_B误差。在故障情况下，JFET的阻抗会迅速升高，限制电流并保护电路。

集成JFET保护电路可以提供更好的性能和保护，但成本较高。分立式JFET保护电路需要更多的PCB面积和额外的器件成本。

e _nTotal √(7.2 nV/√Hz) ² + (12.8 nV/√Hz) ² = 14.7 nV/√Hz （2）

图 3 所示的结型场效应晶体管 (JFET) 输入保护方案能够实现可靠的输入保护，同时最大限度地减少 I _B 和电阻噪声引起的误差。当没有电流流过时，JFET 电路的电阻较低，但当有电流流过时，电阻会迅速增大。

图3： JFET输入保护电路在故障条件下的工作情况。来源：德州仪器

因此，在正常工作条件下，JFET 电路具有低电阻，并产生极小的噪声和 I _B 误差。在故障情况下，JFET 器件的阻抗会迅速升高，从而限制电流并保护电路。故障消除后，JFET 将恢复到正常的低阻抗状态。

您可以使用分立的JFET构建这种JFET电路，但它也集成在某些放大器中。通常，当您在放大器数据表中看到“输入过压保护”一词时，该保护是指JFET输入保护。使用集成保护可以节省PCB面积，节省设计工作量，并且通常可以降低总体成本。

JFET基础知识回顾

为了理解JFET的保护原理，我们先来回顾一下JFET的一些基础知识。本文将重点介绍P沟道JFET器件，但同样的方法也适用于极性相反的N沟道器件。您可以将JFET晶体管想象成一个压控电阻，其中沟道电阻由栅极-源极电压(V _GS )和漏极-源极电压(V _DS )控制。

重要的是要理解JFET工作在耗尽模式。栅极-源极结反向偏置，从而形成一个耗尽区，限制沟道电流(ID _{) 。增加反向偏置电压将增大耗尽区，从而增加沟道电阻。当} _VGS = 0 V时，电阻最小，此时耗尽区非常小， 如图4