放大器和比較器的區(qū)別 - 如何成為出色的模擬工程師(二):放大器與比較器

1.放大器與比較器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性

放大器大都工作在閉環(huán)狀態(tài)，所以要求閉環(huán)后不能自激。而比較器大都工作在開環(huán)狀態(tài)更追求速度。對于頻率比較低的情況放大器完全可以代替比較器（要主意輸出電平），反過來比較器大部分情況不能當作放大器使用。

因為比較器為了提高速度進行優(yōu)化，這種優(yōu)化卻減小了閉環(huán)穩(wěn)定的范圍。而運放專為閉環(huán)穩(wěn)定范圍進行優(yōu)化，故降低了速度。所以相同價位檔次的比較器和放大器最好是各司其責。如同放大器可以用作比較器一樣，也不能排除比較器也可以用作放大器。但是你為了讓它閉環(huán)穩(wěn)定所付出的代價可能超過加一個放大器！

換言之，看一個運放是當作比較器還是放大器就是看電路的負反饋深度。所以，淺閉環(huán)的比較器有可能工作在放大器狀態(tài)并不自激。但是一定要作大量的試驗，以保證在產(chǎn)品的所有工作狀態(tài)下都穩(wěn)定！這時候你就要成本/風險仔細核算一下了。

2.算放大器和比較器如出一轍，簡單的講，比較器就是運放的開環(huán)應(yīng)用，但比較器的設(shè)計是針對電壓門限比較而用的，要求的比較門限精確，比較后的輸出邊沿上升或下降時間要短，輸出符合TTL/CMOS電平/或OC等，不要求中間環(huán)節(jié)的準確度，同時驅(qū)動能力也不一樣。一般情況：用運放做比較器，多數(shù)達不到滿幅輸出，或比較后的邊沿時間過長，因此設(shè)計中少用運放做比較器為佳。

比較器和運放雖然在電路圖上符號相同，但這兩種器件確有非常大的區(qū)別，一般不可以互換，區(qū)別如下：

1）、比較器的翻轉(zhuǎn)速度快，大約在ns數(shù)量級，而運放翻轉(zhuǎn)速度一般為us數(shù)量級（特殊的高速運放除外）。

2）、運放可以接入負反饋電路，而比較器則不能使用負反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個輸入端，但因為其內(nèi)部沒有相位補償電路，所以，如果接入負反饋，電路不能穩(wěn)定工作。內(nèi)部無相位補償電路，這也是比較器比運放速度快很多的主要原因。

3）、運放輸出級一般采用推挽電路，雙極性輸出。而多數(shù)比較器輸出級為集電極開路結(jié)構(gòu)，所以需要上拉電阻，單極性輸出，容易和數(shù)字電路連接。

通過以上我們可以看出放大器和比較器還是有比較多的區(qū)別的，但是放大器可以替代比較器嗎？都有哪些的注意點呢？

運算放大器可以替代比較器嗎？

許多人偶爾會把運算放大器當比較器使用。一般而言，當您只需要一個簡單的比較器，并且您在四運算放大器封裝中還有一個“多余”運算放大器時，這種做法是可行的。穩(wěn)定運算放大器運行所需的相位補償意味著把運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，則運算放大器可以滿足需求。偶爾會有人問到我們運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 提供了這種保護功能。

在大多數(shù)常見運算放大器應(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，對于比較器的運行而言，這種保護便成了問題。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算放大器用作比較器。但是，在我們這樣做時必須小心謹慎。在一些電路中，這種做法可能是完全不能接受的。

問題是我們（包括其他運算放大器廠商）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”類型，其意味著它們擁有一個擴展至負電源端（或者稍低）的共模范圍。輸入偏置電流為一個負數(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定它們?yōu)檫@類運算放大器。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，可能有也可能沒有鉗位。這種不確定性，要求您進行更多仔細的檢查。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……如果您考慮把運算放大器用作比較器，請一定小心謹慎。仔細閱讀產(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，當您笨手笨腳地把運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。