本文提供一种通用运算放大器 AMP 在高电压工作环境下的电路设计。其基本原理是使用稳压二极管与三极管组成通用运算放大器 AMP 的供电网络，确保通用运算放大器 AMP 的供电电压不会超过工作电压的绝对值。

什么是运放扩压？

运放扩压是指在电路设计中，当输出电压范围超过运放的极限工作电压时，必须提高电源电压。比如，运放最大输出电压为 ±15V，假设要输出 ±30V 的信号，则需要扩压。本文以 ADI 的 AD8634 高压运算放大器为例，为大家具体讲解运放扩压技术，以及在运放扩压设计时需要注意的事项。

AD8634 的扩压原理分析

高压运算放大器 AD8634 的扩压技术原理，其本质是使用稳压二极管与三极管组成通用运算放大器 AMP 的供电网络，将增加扩宽的电压实质施加在二极管与三极管上，从而保证运放 AD8634 工作于安全的电压范围。以下具体分析 AD8634 的扩压过程。

AD8634 的扩压分析及计算过程：

U1 的工作电压设为 UAMP
UAMP = VDD - VSS --- ①
VDD = VDD1 - VQ2PN --- ②  (VQ2PN 为三极管 Q2 PN 节电压，约为 0.6 - 0.7V) 
VSS = VSS1 + VQ3PN --- ③  (同理 VQ3PN 为三极管 Q3 PN 节电压，约为 0.6 - 0.7V) 

方式 ②、③ 代入 ① 得
UAMP = VDD1 - VSS1 - 2*VPN --- ④
VDD1 = VOUT + VD2 --- ⑤ 
VSS1 = VOUT - VD1 --- ⑥
VD1、VD2 为稳压管稳压电压，此案例选用的为 10V 稳压管

方式 ⑤、⑥ 代入 ④ 得
UAMP = VD2 + VD1 - 2*VPN --- ⑦

AD8634 的原理建模，如下图 (图1) 所示：

AD8634 的扩压分析结论：

由方式 ⑦ 中看出，运算放大器 AMP 两端稳压二极管的稳压电压，即为 AMP 工作电压。只要确保两端稳压二极管电压，在 AMP 的工作电压的绝对值范围内，AMP 就不会被烧毁，能够正常工作。

运放扩压设计的注意事项

AMP 的输入保护

由于上电和断电瞬间，外围电路处于不确定状态，使得 AMP 工作处于开环状态。增加上图 (图1) 中 D3 / D4，用于钳位过大异常的差模信号。

AMP 的输出保护

上图 (图1) 中电阻 R 和双向稳压管 DZ 构成限幅电路。电阻 R 的作用将负载与 AMP 输出分别隔离，限制 AMP 输出电流，稳压管 DZ 限制输出的电压幅值。保护措施是有限的，实际需要根据具体设计要求而定，如限流电阻 R 的取值需根据 AMP 最大输出电流计算，同样 DZ 的取值应不低于输出信号的最高值。

三极管选型的注意事项

• 耐压值高，即VCEO/VCBO的值高。考虑MOS管的安全工作区域；
• 散热（结温&温升），为提高效率，降低功耗，可设计可编程电源供电。

在实际运用中增加输入输出保护，如下图 (图2) 所示：

辅助说明

查阅 AD8634 规格书，AD8634 工作电压绝对值为 36V，如下图 (图3) 所示：

根据上文提及的 “AD8634 的扩压技术原理分析”，利用稳压二极管 D1 / D2 (选用 10V 稳压管)，使 AD8634 的工作电压绝对值控制在 20V 内。分别矩阵波 / 正弦波 (±5V) 输入10 倍增益输出 LT spice 仿真效果，如下图 (图4、图5) 所示：

总结

通过以上扩压机构设计，轻松使通用运放工作在高压区实现扩压功能，在确保不失真放大的情况下，输出更高电压幅值。经过扩压的通用运放，能应用于更多场景，根据实际设计需求，还能替代专业高压运放，大大降低成本。欲了解更多技术细节和 ADI 相关方案，您可以点击下方「联系我们」，提交您的需求，我们澳门人巴黎人1797公司愿意为您提供更详细的技术解答。