運(yùn)算放大器(簡稱運(yùn)放)作為電子電路中關(guān)鍵的信號(hào)處理元件，其反饋回路的設(shè)計(jì)對(duì)于電路性能起著至關(guān)重要的作用。在某些運(yùn)放反饋回路中，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，這一結(jié)構(gòu)看似簡單，卻蘊(yùn)含著巧妙的設(shè)計(jì)意圖，對(duì)電路的行為和特性產(chǎn)生著多方面的影響。

二極管的基本特性回顧

二極管具有單向?qū)щ娦裕串?dāng)二極管陽極電壓高于陰極電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流能夠順利通過;反之，當(dāng)陽極電壓低于陰極電壓時(shí)，二極管截止，電流幾乎無法通過(理想情況下)。在實(shí)際應(yīng)用中，二極管的導(dǎo)通存在一定的正向壓降，硅二極管的正向壓降通常在 0.6 - 0.7V 左右，鍺二極管則相對(duì)較低，約為 0.2 - 0.3V。

限幅作用

輸入信號(hào)限幅

在運(yùn)放反饋回路中，兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管可用于限制輸入信號(hào)的幅度。當(dāng)輸入信號(hào)電壓過高或過低時(shí)，二極管會(huì)導(dǎo)通，將輸入信號(hào)的幅值限制在二極管的正向?qū)▔航蹈浇＠?，?duì)于一個(gè)幅值可能超出運(yùn)放允許輸入范圍的交流信號(hào)，通過這兩個(gè)二極管，可以將信號(hào)的正半周幅值限制在二極管正向?qū)▔航导由线\(yùn)放的正向電源電壓范圍內(nèi)，負(fù)半周幅值限制在二極管正向?qū)▔航禍p去運(yùn)放的負(fù)向電源電壓范圍內(nèi)。這樣就避免了因輸入信號(hào)幅度過大而導(dǎo)致運(yùn)放飽和或損壞，從而保護(hù)了運(yùn)放，同時(shí)也確保了后續(xù)電路接收到的是一個(gè)幅值穩(wěn)定的信號(hào)，有利于電路的穩(wěn)定工作和信號(hào)的準(zhǔn)確處理。

輸出信號(hào)限幅

除了對(duì)輸入信號(hào)限幅，這兩個(gè)二極管還能對(duì)運(yùn)放的輸出信號(hào)進(jìn)行限幅。當(dāng)運(yùn)放的輸出電壓超過一定范圍時(shí)，二極管導(dǎo)通，使得輸出電壓被鉗位在特定的電平上。這在一些需要對(duì)輸出信號(hào)幅值進(jìn)行精確控制的電路中非常有用，比如在音頻功率放大電路中，防止輸出信號(hào)過大而造成揚(yáng)聲器損壞;或者在一些信號(hào)調(diào)理電路中，確保輸出信號(hào)符合后續(xù)電路的輸入要求，避免過高的電壓對(duì)其他敏感元件造成沖擊。

改善運(yùn)放的線性范圍

運(yùn)放的線性工作范圍是有限的，當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí)，運(yùn)放會(huì)進(jìn)入非線性區(qū)，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。反向并聯(lián)的二極管可以通過分流的方式，在輸入信號(hào)接近運(yùn)放的線性范圍邊界時(shí)，引導(dǎo)部分電流通過二極管，從而減少進(jìn)入運(yùn)放輸入端的電流變化量，使得運(yùn)放能夠在更大的輸入信號(hào)范圍內(nèi)保持較好的線性度。這對(duì)于一些需要高精度放大的信號(hào)處理電路尤為重要，例如精密測量電路中的微弱信號(hào)放大環(huán)節(jié)，通過這種方式可以擴(kuò)展運(yùn)放的有效線性工作區(qū)域，提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

防止運(yùn)放的閂鎖效應(yīng)

在某些情況下，運(yùn)放可能會(huì)由于輸入信號(hào)的異常變化或電源的波動(dòng)等因素而進(jìn)入閂鎖狀態(tài)，此時(shí)運(yùn)放的輸出會(huì)被鎖定在一個(gè)固定的電平上，無法正常響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，嚴(yán)重影響電路的功能。反向并聯(lián)的二極管可以在運(yùn)放輸入端出現(xiàn)異常電壓時(shí)，提供一個(gè)低阻通路，將多余的電荷泄放掉，從而防止運(yùn)放進(jìn)入閂鎖狀態(tài)，確保電路的正常工作。例如在一些工業(yè)控制電路中，環(huán)境干擾較為嚴(yán)重，電源穩(wěn)定性較差，這兩個(gè)二極管就能起到很好的保護(hù)作用，提高電路的抗干擾能力和可靠性。

在一個(gè)音頻信號(hào)放大電路中，運(yùn)放用于對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行放大處理。由于音頻信號(hào)的幅度可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因(如音頻源的輸出特性、電路中的噪聲干擾等)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，如果直接將這樣的信號(hào)輸入到運(yùn)放中，可能會(huì)使運(yùn)放飽和或損壞，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)嚴(yán)重失真。通過在運(yùn)放反饋回路中加入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，有效地限制了輸入和輸出音頻信號(hào)的幅度，保證了音頻信號(hào)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)進(jìn)行放大和處理，最終輸出清晰、無明顯失真的音頻信號(hào)，提升了整個(gè)音頻系統(tǒng)的性能和音質(zhì)表現(xiàn)。

在使用反向并聯(lián)二極管時(shí)，需要考慮二極管的參數(shù)選擇。首先是二極管的耐壓值，必須確保其能夠承受運(yùn)放可能出現(xiàn)的最大電壓，包括電源電壓波動(dòng)、輸入信號(hào)的峰值電壓等，以防止二極管被擊穿損壞。其次是二極管的正向?qū)娏?，要根?jù)運(yùn)放反饋回路中的電流大小來選擇合適的二極管，保證在二極管導(dǎo)通時(shí)能夠正常分流而不會(huì)因過流而損壞。此外，二極管的開關(guān)速度也會(huì)對(duì)電路性能產(chǎn)生影響，在高速信號(hào)處理電路中，應(yīng)選擇開關(guān)速度快的二極管，以減少信號(hào)的失真和延遲。

結(jié)論

運(yùn)放反饋回路中的兩個(gè)反向并聯(lián)二極管具有限幅、改善線性范圍、防止閂鎖效應(yīng)等多種重要作用，它們在保護(hù)運(yùn)放、提高電路性能和可靠性方面發(fā)揮著不可或缺的作用。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路參數(shù)，合理選擇二極管的類型和參數(shù)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，確保運(yùn)放能夠穩(wěn)定、高效地工作，為整個(gè)電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供有力保障。通過深入理解和巧妙運(yùn)用這一簡單而有效的電路結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化電子電路的設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性，滿足各種復(fù)雜的信號(hào)處理和控制任務(wù)的要求。