淺析運算放大器進入鉗位狀態的原理(以LM358為例)

運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數學運算的結果。由于早期應用于模擬計算機中用以實現數學運算，因而得名“運算放大器”。

由于早期應用于模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現，也可以實現在半導體芯片當中。

隨著半導體技術的發展，大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛應用于電子行業當中。

運算放大器進入鉗位狀態的原理(以LM358為例)

雖然各家廠商推出的運算放大器性能與規格互有差異，但是一般而言標準的運算放大器都包含下列三個部分。

1.差動輸入級：以一差分放大器作為輸入級，提供高輸入阻抗以及低噪聲放大的功能。

2.增益級：運算放大器電壓增益的主要來源，將輸入信號放大轉為單端輸出后送往下一級。

3.輸出級：輸出級的需求包括低輸出阻抗、高驅動力、限流以及短路保護等功能。

可以看到，所有電路的基本組成單元都是NPN管和PNP管，這些NPN和PNP管由連接到地的P基底隔開，如圖2所示，這個基底將所有三極管隔離開。

但是，如果LM358的輸入端(PNP的base極)太低，低過P基底一個電壓，那么這個偏置電壓就會導致電流流經基底，而使得芯片無法正常工作。所以LM358的規格書會規定其輸入電壓的范圍，比如最低不能超過-0.3V。

如圖4所標注，PNP管的發射極，P基底和NPN管的集電極構成了一個寄生的NPN管，當運放的輸入低于-0.3V時(比如-1V)，寄生的NPN管的發射極比基極低-1V，這個電壓足夠使得寄生的NPN管導通，從而引起電流從集電極流向基極，這樣，原本原本隔離開的兩個晶體管之間就有了電氣連接，同時與GND之間也有了電氣連接，芯片將無法正常工作。

圖5用紅點標出了LM358所有可能有漏電流的點，以①點為例，當其對地有漏電流時，芯片輸出端的PNP管將導通，從而使得芯片輸出被鉗位到低電平。

不同地點的漏電流會導致不同的運放輸出狀態，有些可能使得芯片輸出為高，有些可能使得芯片輸出為低。對于同樣的輸入，比如IN-輸入為-1V，其引起的可能有漏電流的地方也隨著芯片layout的不同而不同，一般離得越近的晶體管之間更容易引起漏電流，對于同一系列的芯片，比如LM358和LM358B，由于其裸片的layout不同，對于同樣的輸入超規格書使用，輸出的鉗位狀態也不同。