[发明专利]运算放大器

说明书

本公开涉及电子电路技术领域，提供了一种运算放大器，包括：负载输入对；与该负载输入对连接差分输入对，该差分输入对的同相输入端接入正输入信号，反相输入端接入负输入信号；控制单元，根据前述正输入信号生成第一控制信号，以及根据前述负输入信号生成第二控制信号；调节单元，该调节单元连接于前述差分输入对与地之间，受前述第一控制信号和第二控制信号的控制，根据前述正负输入信号之间的压差选择其自身的导通/关断状态。将正负输入信号间的电压差转移到调节单元由高耐压的MOS管承受。由此可以使构成该运算放大器的输入对的源漏电压在工艺允许的范围内，保证该运放正常导通后的输出电压稳定在一定范围内，提高了该运算放大器的稳定性。

技术领域

本公开涉及电子电路技术领域，具体涉及一种运算放大器。

背景技术

运放(operational amplifier，OPA)是运算放大器的简称。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。

一般的运放输入端不接有任何保护，其缺点是在电路中，如果运算放大器的输入电压差较高，输入对的公共端不好处理，只要有一个输入端(组成输入对的场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor，简称MOS管))的源漏电压(VGS)超过能承受的最大值，就会导致运放烧毁或者运放性能改变。

如图1所示，以开环的N型MOS管组成输入对的运算放大器100举例说明。VP和VN分别表示为运放的电源端和虚拟地端。NMOS管MN1和NMOS管MN2为输入对。PMOS管MP1和PMOS管MP2为负载对。(V+)和(V-)分别代表正向输入电压和负向输入电压。当V+和(V-)的电压差较高时，例如(V+)为20V，(V-)为2V，VGS＝1V时，节点A的电压VA＝(V+)-VGS＝20V-1V＝19V，此时，VGS(MN2)＝(V-)-VA＝2V-19V＝-17V。在一般的工艺中，MOS管的VGS工作范围在-5.5V～5.5V。很明显，NMOS管MN2的VGS超过了工艺极限。MN2会被损坏。

现有技术在此基础上提出的一种解决方案是在输入对的栅极处加钳位，如图2所示。以开环的N型MOS管组成输入对的运算放大器200为例举例说明。VP和VN分别为运放的电源端和虚拟地端。NMOS管MN1和NMOS管MN2为输入对。PMOS管MP1和PMOS管MP2为负载对。(V+)和(V-)分别代表正向输入电压和负向输入电压。VINP和VINN分别为MN1和MN2的栅极电压。二极管D1和二极管D2为VINP和VINN之间的钳位二极管(VD1为二极管D1的导通电压，一般为0.6V)。

当(V+)和V-的电压差较高时，例如(V+)＝20V，(V-)＝2V时，VINPVINN，D1通，VINN被钳位，使VINN＝VINP-VD1。所以VINP与VINN的压差为0.6V，即：VINP-VINN＝0.6V。此时，(V+)经过电阻R1，二极管D1和电阻R2到(V-)形成通路，产生有从(V+)流向V-的电流I0：

I0＝((V+)-(V-)-VD1)/(R1+R2)＝0.87mA，

故VINP＝(V+)-R1*I0＝20V-10K*0.87mA＝11.3V，

由此可以得到节点A的电压VA＝VINP-VGS＝11.3V-1V＝10.3V，

而VINN＝VINP-0.6V＝10.3V-0.6V＝9.7V，

所以：VGS(MN2)＝VINN-VA＝9.7V-10.3V＝-0.6V，这样就不会出现输入对的VGS超过工艺极限的现象。