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故事從晶體談起：當反向偏置（PN結）形成時，半導體的連接點會有一個反向擊穿電壓。對于敏感的運放輸入端晶體管，這種情形是極為不利的。 消費者經常將程序控制器返修，因為現場操作員沒有正確調整它們。例如，假定一個天然氣管道運行在3000 psi。當用校準過的壓力傳感器測量0到5000psi（對應輸出為直流1到5V）時，3000psi由程序變量產生3.4V的輸出。工作人員應該在3000psi時將輸出調整到3.4V。現在程序變量相當于定點，并且控制環靜止不動，換句話說，沒有產生輸出變化。 現場工作人員經常在程序變量和設定都是1V，而不是在它們都是5V時，調節控制器輸出為恒值。在這種情況下，輸入差分放大器的CMRR（共模抑制比）不令人滿意。 考慮典型的程序控制回路，包括一個45V電源，從控制室到測量場所的一對導線，一個電流傳感器，一個250Ω可變電阻，所有的器件都是串聯。測量程序變量的電流傳感器在導線中產生4到20mA的電流，代表0到100％的程序變量值。可變電阻上的電流就產生1到5V的控制器輸入電壓。 有時，1到5V的輸入信號已經可用，那么可變電阻就是多余的了。那么在控制器上就可以不插這個電阻。然而，如果控制器工作在4到20mA信號，而又忘記安裝可變電阻，那么控制器的輸入大約是45V。危險！ 程序控制器電路包括輸入連接器與第一個運放間的電阻應當大于100kΩ，那么超過運放最大共模抑制比的輸入電壓也不會導致損壞，不是嗎？電流能夠好到足以通過一個100kΩ的電阻就可以改變45V電壓源的運放特性嗎？ 我曾經問主辦摩托羅拉研討會的工程師，運放±15V供電，用一個100KΩ電阻將45V連到運放的輸入端，是否會損壞運放。他回答：“是，運放的輸入設備會雪崩擊穿，放大功能可能不會失去，但是工作特性會改變”。 雪崩？這意味著什么啊？ 當反向偏置形成時，半導體的連接點會有反向擊穿電壓。齊納擊穿二極管就是這種工作方式，在電壓穩壓方面非常有用。但這種情形對于敏感運放的輸入端晶體管是極為不利的。像上面描述的電路一樣，這種現象通常并不致命，但是會改變運放的表現。也會損壞輸入差分信號的平衡。 所有我們要保持輸入電壓不能超出±15V供電電壓。我們將二極管放置到控制器的輸入端（陰極與＋15V相連，陽極與輸入針相連），如果控制器輸入電壓超出正供電電壓，二極管將導通。為了保護反向輸入電壓不要超出－15V（萬一線路錯誤），我們也在控制器輸入端和－15V的電壓之間（陽極連接－15V，陰極連接輸入針）放二極管。 這些二級管一定要好的，在最高操作溫度時漏電流要盡量低。在0%(4 mA, 1V)時讀取，40 μA為1%的誤差。 添加了二極管后，顧客再也沒有將改進的還控制器返修理過。 |
