運算放大器可以替代比較器嗎?

許多人偶爾會(huì )把運算放大器當比較器使用。一般而言，當您只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的比較器，并且您在四運算放大器封裝中還有一個(gè)“多余”運算放大器時(shí)，這種做法是可行的。穩定運算放大器運行所需的相位補償意味著(zhù)把運算放大器用作比較器時(shí)其速度會(huì )非常的低，但是如果對速度要求不高，則運算放大器可以滿(mǎn)足需求。偶爾會(huì )有人問(wèn)到我們運算放大器的這種使用方法。這種方法有時(shí)有效，有時(shí)卻不如人們預期的那樣效果好。為什么會(huì )出現這種情況呢?

許多運算放大器都在輸入端之間有電壓鉗位，其大多數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。這些二極管保護輸入晶體管免受其基極結點(diǎn)反向擊穿的損害。差動(dòng)輸入為約 6V 時(shí)便會(huì )出現許多 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，D1 和 D2 提供了這種保護功能。

大多數常見(jiàn)運算放大器應用中，輸入電壓均約為零伏，其根本無(wú)法開(kāi)啟這些二極管。但是很明顯，對于比較器的運行而言，這種保護便成了問(wèn)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算放大器用作比較器。但是，在我們這樣做時(shí)必須小心謹慎。在一些電路中，這種做法可能是完全不能接受的。

問(wèn)題是我們(包括其他運算放大器廠(chǎng)商)并沒(méi)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 )做詳細的解釋或者闡述。也許我們應該說(shuō)：“用作比較器時(shí)，請小心謹慎!”產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的作者們通常也只是假設您肯定會(huì )把運算放大器當作運算放大器用。最近，我們在美國亞利桑那州圖森產(chǎn)品部召開(kāi)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，現在已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的運算放大器怎么辦呢?下列指導建議可能會(huì )對您有所幫助：

一般而言，雙極 NPN 晶體管運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 提供固有保護的附加串聯(lián)橫向 PNP。

使用橫向 PNP 輸入晶體管的通用運算放大器一般沒(méi)有輸入鉗位，例如：LM324、LM358、 OPA234、OPA2251 和 OPA244。這些運算放大器一般為“單電源”類(lèi)型，其意味著(zhù)它們擁有一個(gè)擴展至負電源端(或者稍低)的共模范圍。輸入偏置電流為一個(gè)負數時(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定它們?yōu)檫@類(lèi)運算放大器。但是，需要注意的是，使用 PNP 輸入的高速運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(méi)有鉗位。這種不確定性，要求您進(jìn)行更多仔細的檢查。所用工藝和晶體管類(lèi)型的特性，決定了其內部是否存在鉗位。

大多數低壓 CMOS 運算放大器都沒(méi)有鉗位。自動(dòng)歸零或者斬波器類(lèi)型是一個(gè)特例，其可能具有類(lèi)似鉗位的行為表現。

底線(xiàn)是……如果您考慮把運算放大器用作比較器，請一定小心謹慎。仔細閱讀產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，不要漏掉一點(diǎn)信息，包括應用部分的一些注解內容。在電路試驗板或者樣機中驗證其表現，查看一個(gè)輸入電壓對另一個(gè)輸入電壓的影響。不要依賴(lài) 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，當您笨手笨腳地把運算放大器從一個(gè)軌移動(dòng)到另一個(gè)軌時(shí)可能出現其他一些現象，我們可能無(wú)法精確地對這些現象建模。