運(yùn)算放大器可以替代比較器嗎?

許多人偶爾會(huì)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(gè)簡(jiǎn)單的比較器，并且您在四運(yùn)算放大器封裝中還有一個(gè)“多余”運(yùn)算放大器時(shí)，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(shí)其速度會(huì)非常的低，但是如果對(duì)速度要求不高，則運(yùn)算放大器可以滿足需求。偶爾會(huì)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(shí)有效，有時(shí)卻不如人們預(yù)期的那樣效果好。為什么會(huì)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(shí)使用兩個(gè)或者更多的串聯(lián)二極管)來(lái)實(shí)施。這些二極管保護(hù)輸入晶體管免受其基極結(jié)點(diǎn)反向擊穿的損害。差動(dòng)輸入為約 6V 時(shí)便會(huì)出現(xiàn)許多 IC 工藝擊穿，這會(huì)極大地改變或者損壞晶體管。下圖顯示了 NPN 輸入級(jí)，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(wú)法開啟這些二極管。但是很明顯，對(duì)于比較器的運(yùn)行而言，這種保護(hù)便成了問題。在一個(gè)輸入拖拽另一個(gè)輸入(以一種討厭的方式拉其電壓)以前，差動(dòng)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(shí)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(shuō)明這些鉗位的存在。即使有所說(shuō)明，我們可能也不會(huì)做詳細(xì)的解釋或者闡述。也許我們應(yīng)該說(shuō)：“用作比較器時(shí)，請(qǐng)小心謹(jǐn)慎!”產(chǎn)品說(shuō)明書的作者們通常也只是假設(shè)您肯定會(huì)把運(yùn)算放大器當(dāng)作運(yùn)算放大器用。最近，我們?cè)诿绹?guó)亞利桑那州圖森產(chǎn)品部召開了一個(gè)會(huì)議。會(huì)議決定，我們以后將會(huì)更加清楚地說(shuō)明這種情況。但是，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的運(yùn)算放大器怎么辦呢?下列指導(dǎo)建議可能會(huì)對(duì)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(gè)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(gè)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(gè)負(fù)數(shù)時(shí)，表示輸入偏置電流自輸入引腳流出。這時(shí)，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(dòng)歸零或者斬波器類型是一個(gè)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(qǐng)一定小心謹(jǐn)慎。仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說(shuō)明書，不要漏掉一點(diǎn)信息，包括應(yīng)用部分的一些注解內(nèi)容。在電路試驗(yàn)板或者樣機(jī)中驗(yàn)證其表現(xiàn)，查看一個(gè)輸入電壓對(duì)另一個(gè)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(duì)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(gè)軌移動(dòng)到另一個(gè)軌時(shí)可能出現(xiàn)其他一些現(xiàn)象，我們可能無(wú)法精確地對(duì)這些現(xiàn)象建模。