Warum muss ein Operationsverstärker mit Strom versorgt werden, bevor das Eingangssignal angelegt wird?

Fast alle ICs werden unter der Annahme entwickelt, dass die Eingangs- und (normalerweise) Ausgangsspannungen jederzeit zwischen den Stromversorgungseingängen bleiben. Um dies zu gewährleisten, haben die meisten ICs Schutzdioden zwischen den Eingangspins und den Stromversorgungs- und Masseanschlüssen.

Wenn Sie Strom an einen Eingang anlegen, während der IC nicht mit Strom versorgt wird, leiten diese Schutzdioden und versuchen, den IC und alle anderen an die Versorgungsschienen angeschlossenen ICs mit Strom zu versorgen. Dies führt dazu, dass Strom entlang von Pfaden fließt, die der Designer nicht beabsichtigt hat, und kann den IC beschädigen.

Die positive Versorgung des Operationsverstärkers ist so ausgelegt, dass sie auf die positivste Spannung vorgespannt ist, und seine negative Versorgung ist so ausgelegt, dass sie auf die negativste Spannung vorgespannt ist. Wenn ein Eingangssignal angelegt wird, während die Versorgungen nicht mit Strom versorgt werden, kann die Eingangsspannung höher als die positive Versorgung oder niedriger als die negative Versorgung sein. Wenn das passiert a$pn$Verbindung (z. B. eine Diode oder in einem Transistor) innerhalb des Operationsverstärkers kann auf eine Weise vorgespannt werden, die von den Entwicklern des Operationsverstärkers nicht erwartet wurde.

Zur Veranschaulichung hier die IV-Kurve für eine Diode:

Der Strom durch die Diode ist eine Exponentialfunktion der Durchlassspannung und ist auch sehr hoch, wenn eine Sperrvorspannung angelegt wird, die größer als die Sperrdurchbruchspannung ist. Ein sehr hoher Strom durch die$pn$Verbindung kann die Verbindung beschädigen (was den Operationsverstärker "braten" würde). Wenn die Eingangsspannung zu hoch über der positiven Versorgung oder zu weit unter der negativen Versorgung liegt, kann ein so hoher Strom erzeugt werden.

Der Eingang eines Operationsverstärkers sieht normalerweise so aus:

Die mit ESD gekennzeichneten Dioden befinden sich im Operationsverstärker und versuchen, die Spannung an den Eingangspins zu begrenzen$V_{P}$Und$V_{N}$hier), damit bei einer elektrostatischen Entladung die Eingänge nicht zu weit über die positive Versorgung ansteigen ($V_{CC}$) oder zu weit unterhalb der negativen Versorgung ($V_{EE}$). Wenn die Spannung eines der Eingangspins ansteigt$V_{CC}$dann die ESD-Diode zwischen diesem Eingangspin und$V_{CC}$in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet Strom, um die Spannung über der Diode zu begrenzen. Ebenso, wenn die Spannung eines der Eingangspins unterschritten wird$V_{EE}$dann die ESD-Diode zwischen diesem Eingangspin und$V_{EE}$wird vorwärts vorgespannt sein. Solange der von diesen Dioden geführte Strom klein ist, befindet sich die Diode im flachen Teil der Dioden-IV-Kurve im Durchlassbereich. Aber wenn die Spannung über der ESD-Diode zu hoch ist (z. B. weil sie von einer Spannungsquelle am Eingang angesteuert wird ), wird ein großer Strom geleitet, der die Dioden zerstört und den Operationsverstärker "frittiert".

Weitere Informationen, einschließlich der Eingangsschaltung des Operationsverstärkers, finden Sie hier .