運(yùn)算放大器可以替代比較器嗎?

許多人偶爾會把運(yùn)算放大器當(dāng)比較器使用。一般而言，當(dāng)您只需要一個簡單的比較器，并且您在四運(yùn)算放大器封裝中還有一個“多余”運(yùn)算放大器時，這種做法是可行的。穩(wěn)定運(yùn)算放大器運(yùn)行所需的相位補(bǔ)償意味著把運(yùn)算放大器用作比較器時其速度會非常的低，但是如果對速度要求不高，則運(yùn)算放大器可以滿足需求。偶爾會有人問到我們運(yùn)算放大器的這種使用方法。這種方法有時有效，有時卻不如人們預(yù)期的那樣效果好。為什么會出現(xiàn)這種情況呢?

許多運(yùn)算放大器都在輸入端之間有電壓鉗位，其大多數(shù)一般都使用背靠背二極管(有時使用兩個或者更多的串聯(lián)二極管)來實施。這些二極管保護(hù)輸入晶體管免受其基極結(jié)點反向擊穿的損害。差動輸入為約 6V 時便會出現(xiàn)許多 IC 工藝擊穿，這會極大地改變或者損壞晶體管。下圖顯示了 NPN 輸入級，D1 和 D2 提供了這種保護(hù)功能。

大多數(shù)常見運(yùn)算放大器應(yīng)用中，輸入電壓均約為零伏，其根本無法開啟這些二極管。但是很明顯，對于比較器的運(yùn)行而言，這種保護(hù)便成了問題。在一個輸入拖拽另一個輸入(以一種討厭的方式拉其電壓)以前，差動電壓范圍(約0.7V)受限。盡管如此，但我們還是可以把運(yùn)算放大器用作比較器。但是，在我們這樣做時必須小心謹(jǐn)慎。在一些電路中，這種做法可能是完全不能接受的。

問題是我們(包括其他運(yùn)算放大器廠商)并沒有總是說明這些鉗位的存在。即使有所說明，我們可能也不會做詳細(xì)的解釋或者闡述。也許我們應(yīng)該說：“用作比較器時，請小心謹(jǐn)慎!”產(chǎn)品說明書的作者們通常也只是假設(shè)您肯定會把運(yùn)算放大器當(dāng)作運(yùn)算放大器用。最近，我們在美國亞利桑那州圖森產(chǎn)品部召開了一個會議。會議決定，我們以后將會更加清楚地說明這種情況。但是，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)出來的運(yùn)算放大器怎么辦呢?下列指導(dǎo)建議可能會對您有所幫助：

一般而言，雙極 NPN 晶體管運(yùn)算放大器都有輸入鉗位，例如：OP07、OPA227 和 OPA277 等。uA741 是一個例外，它具有 NPN 輸入晶體管，并且有一些為 NPN 提供固有保護(hù)的附加串聯(lián)橫向 PNP。

使用橫向 PNP 輸入晶體管的通用運(yùn)算放大器一般沒有輸入鉗位，例如：LM324、LM358、 OPA234、OPA2251 和 OPA244。這些運(yùn)算放大器一般為“單電源”類型，其意味著它們擁有一個擴(kuò)展至負(fù)電源端(或者稍低)的共模范圍。輸入偏置電流為一個負(fù)數(shù)時，表示輸入偏置電流自輸入引腳流出。這時，我們通?？梢哉J(rèn)定它們?yōu)檫@類運(yùn)算放大器。但是，需要注意的是，使用 PNP 輸入的高速運(yùn)算放大器一般有輸入鉗位，而這些 PNP 是一些具有更低擊穿電壓的垂直 PNP。

更高電壓(一般大于 20V)下工作的 JFET 和 CMOS 放大器，可能有也可能沒有鉗位。這種不確定性，要求您進(jìn)行更多仔細(xì)的檢查。所用工藝和晶體管類型的特性，決定了其內(nèi)部是否存在鉗位。

大多數(shù)低壓 CMOS 運(yùn)算放大器都沒有鉗位。自動歸零或者斬波器類型是一個特例，其可能具有類似鉗位的行為表現(xiàn)。

底線是……如果您考慮把運(yùn)算放大器用作比較器，請一定小心謹(jǐn)慎。仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說明書，不要漏掉一點信息，包括應(yīng)用部分的一些注解內(nèi)容。在電路試驗板或者樣機(jī)中驗證其表現(xiàn)，查看一個輸入電壓對另一個輸入電壓的影響。不要依賴 SPICE 宏模型。一些宏模型可能并不包括對鉗位建模的一些額外組件。另外，當(dāng)您笨手笨腳地把運(yùn)算放大器從一個軌移動到另一個軌時可能出現(xiàn)其他一些現(xiàn)象，我們可能無法精確地對這些現(xiàn)象建模。