運(yùn)算放大器TS321和電壓比較器TS391的工作原理及應(yīng)用

摘要：便攜設(shè)備的發(fā)展，要求電子元器件往小型化和低功耗方向發(fā)展，作為超小型封裝的單運(yùn)算放大器TS321和單電壓比較器TS391在各方面的很好的滿足了這一要求。文中主要介紹這兩款器件的工作原理和一些基本應(yīng)用。它們的功耗低，體積小，能延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，節(jié)省電路板面積，降低產(chǎn)品成本。
關(guān)鍵詞：超小型；運(yùn)算放大器；電壓比較器；TS321；TS391

從1963年Robert J．(Bob) Widlar設(shè)計(jì)出第一片公認(rèn)的單片集成運(yùn)算放大器μA702開始，運(yùn)算放大器的發(fā)展，經(jīng)歷了從通用運(yùn)算放大器到低失調(diào)、低噪聲、高增益的高精度專用運(yùn)算放大器的歷程。這期間324作為一款通用的運(yùn)算放大器，由于其具有極高的易用性在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。但由于324在單片內(nèi)集成了4個(gè)完全一樣的運(yùn)放，在一些只用到一個(gè)運(yùn)放的應(yīng)用中造成了成本的浪費(fèi)，而且還消耗更多的電源功耗和電路板面積。作為324的單運(yùn)放版本，TS321以更小的封裝體積，提供一樣的參數(shù)和性能，以更小的電源功耗在應(yīng)用方面有著廣闊的前景。而作為四電壓比較器339的單比較器版本TS391和TS321一樣在小型化方面有著非常大的優(yōu)勢(shì)。

1 TS321和TS391的工作原理
TS321采用雙極型PNP晶體管作為輸入級(jí)，使用兩級(jí)放大的形式有效提高電路的增益。T321有著極寬的電源電壓范圍，單電源供電時(shí)電壓范圍從3V到30V，正負(fù)電源供電時(shí)電源范圍從±1．5V到±15V，具有較低的電源電流(典型值為500μA)和較低的輸入偏置電流，并且在高容性負(fù)載下依然能夠穩(wěn)定工作。
TS391采用的也是雙極型PNP晶體管作為輸入級(jí)，能接受很寬的電源電壓范圍，包括單電源或正負(fù)電源供電，極低的電源電流(0．2mA)，較低的輸出飽和電流(250mV)，差動(dòng)輸入電壓范圍較大，最大可以等于電源電壓值，輸出端電平可靈活方便地選用。
TS321和TS391均采用SOT23—5L的超小型封裝形式，如圖1所示。

TS391類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。一個(gè)稱為同相輸入端(+)，另一個(gè)稱為反相輸入端(-)。用作兩個(gè)電壓的比較時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓(也稱為門限電平，它可選擇TS391輸入共模范圍的任何一點(diǎn))，另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和。相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別超過一定值就可確保輸出能夠從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。因此，把TS391用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。TS391的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般需接一只上拉電阻。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。
2 TS391的應(yīng)用
2．1 TS391作為過零比較器
圖2所示為加限幅電路的過零比較器，DZ為限幅穩(wěn)壓管。信號(hào)從運(yùn)放的反相輸入端輸入，參考電壓為零，從同相端輸入。當(dāng)Ui>0時(shí)，輸出U0=-(UZ+UD)，當(dāng)Ui0時(shí)，U0=+(UZ+UD)。其電壓傳輸特性如圖3所示。

過零比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但抗干擾能力差。
2．2 TS391作為遲滯比較器
圖4為具有遲滯特性的過零比較器。從輸出端引一個(gè)電阻分壓正反饋支路到同相輸入端，若u0改變狀態(tài)，∑點(diǎn)也隨著改變電位，使過零點(diǎn)離開原來位置。當(dāng)u0為正(記作U+)，則當(dāng)ui>U∑后，u0即由正變負(fù)(記作U-)，此時(shí)U∑變?yōu)?U∑。故只有當(dāng)ui下降到-U∑以下，才能使u0再度回升到U+，于是出現(xiàn)圖5中所示的遲滯特性。-U∑與U∑的差別稱為回差。改變R2的數(shù)值可以改變回差的大小。

3 結(jié)束語
作為超小型封裝的單運(yùn)算放大器和單電壓比較器，TS321和TS391的功耗低，體積小，可延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，節(jié)省電路板面積，降低終端產(chǎn)品的成本。這些器件適用于便攜式應(yīng)用，例如隨身聽和手機(jī)等個(gè)人手持設(shè)備，因此其應(yīng)用前景極其廣闊。