运放超出共模输入电压范围的问题分析

以下文章来源于24c01硬件电子，作者 24c01

我们比较常见的是Sink类型的电流源，支持灌电流，负载RL与电流源电路板不共地，这是一个明显的特征。例如下图就是一个典型的Sink类型的电流源(下图取自LT1492的数据手册)：

本次群友提问的电路图如下，可以看到是一个Source类型的恒流源电路(可以看到其实也就是在上图Sink电流源的基础上做了一级转化，变为了Source类型的恒流源)，这种电流源的好处是，负载RL可以与电流源控制板共地，电路图如下所示：

问题描述：

DAC输出电压为2.5V，前级的运放U20.1可以保证虚短和虚断，可以看到R71上电压即为2.5V，R74两端电压为0.25V，也是正常，说明前级Sink的恒流源是正常运行。

但是到了第二级如果正常运行的话，R75两端电压应该等于R74两端电压，应该等于0.25V。然而通过测量可以看出R75两端电压为0.6V，此时负载电流为60mA，与理论计算的25mA并不相符，U20.2不满足虚短。

问题分析：

根据上图中，可知如果电路正常运行，则此时运放U20.2的共模输入电压是11.75V((Vp+Vn)/2)，即电压如下所示，负载电流为25mA。

但是由于使用的运放为LM358，我们可以从LM358的数据手册中得知，LM358的共模输入范围是有要求的，在常温25℃，3~36V供电的条件下，最大共模输入范围最大为VCC-1.5V，即在刚才12V供电的条件下，最大支持共模电压为10.5V(12-1.5)。

而刚才的电路图如果要正常工作，则需要11.75V的最大共模输入电压，所以由于共模电压输入范围的限制，导致运放U20.2不能满足虚短的特性，即最终导致输出异常。

解决方案：

1.增加R74和R75，将R74增加到10K，R75增加到100欧姆。群友按照这种方法验证可得DAC==2.5V的条件下，U20.2的共模电压为9.5V，满足共模电压范围，负载电流可以为25mA，运放正常工作。不过还是要注意共模输入范围的问题(例如dac输出为1V，就会出问题)，这种方法相当于治标不治本。在这种方法下的节点电压如下所示：

2.增加一颗稳压管，让稳压管吃掉一部分电压，例如增加一个1N4728，让他吃掉3.3V的压降，这样可以保证共模电压小于8.7V，保证共模电压是在LM358的共模输入电压范围内。

3.更换共模输入范围大的运放，例如OPA2192，可以看到其共模输入范围很大，是可以满足共模输入范围要求的。

4.使用电阻分压，降低运放的共模输入电压。不过这种方法不是很建议，因为R79会分走一部分R78检流电阻的电流，会对负载电流造成一定的误差影响。

5.最后一点，建议去掉电容C32，并且调小一点点C33。C32这种直连反相输入端的电容是很危险的，很容易会震荡。

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