為什么工程師經(jīng)常要將運(yùn)算放大器當(dāng)比較器使用？

比較器是被設(shè)計(jì)用在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)算放大器是被設(shè)計(jì)用于閉環(huán)系統(tǒng)，所以從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的魯棒性上來(lái)看，切勿將運(yùn)算放大器用作比較器。

然而，實(shí)際在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，將運(yùn)算放大器當(dāng)作比較器使用確實(shí)非常吸引人，也非常多見(jiàn)，下面來(lái)簡(jiǎn)要討論下這樣用可能產(chǎn)生的意外后果，以及其中原因還有注意事項(xiàng)。

為什么工程師經(jīng)常要將運(yùn)算放大器當(dāng)比較器使用？

便捷，經(jīng)濟(jì)?。。?/p>

在設(shè)計(jì)電路時(shí)候，常會(huì)用到2路或者4路的運(yùn)算放大器，但往往會(huì)有多余的通道未使用，工程師習(xí)慣性的就會(huì)把這個(gè)未使用的通道當(dāng)比較來(lái)使用，又便捷，又省成本。

為什么不要將運(yùn)算放大器用作比較器？

1、速度

多數(shù)比較器的速度都非常快，然而將運(yùn)放用作比較器時(shí)會(huì)造成低速度。 比較器設(shè)計(jì)用于大差分輸入電壓，而運(yùn)算放大器一般用于驅(qū)動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)，在負(fù)反饋的作用下,其輸入電壓差降至非常低。當(dāng)運(yùn)算放大器過(guò)載時(shí)，有時(shí)僅幾毫伏也可能導(dǎo)致過(guò)載，Vo=Aol×(IN+-IN-)，其中有些放大級(jí)可能發(fā)生飽和。這種情況下，器件需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間從飽和中恢復(fù)，所以，如果運(yùn)放發(fā)生飽和，其速度將慢得多。

過(guò)載運(yùn)算放大器的飽和恢復(fù)時(shí)間很可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常群延遲(實(shí)際指信號(hào)從輸入端到達(dá)輸出端的時(shí)間)，并且通常取決于過(guò)載量。通常，很少有運(yùn)算放大器標(biāo)注從不同程度過(guò)載狀態(tài)恢復(fù)所需要的時(shí)間。如下圖所示，overload recovery time只標(biāo)注單一條件下的時(shí)間（0.7us）。

所以對(duì)于速度有要求的電路設(shè)計(jì)，需要特別關(guān)注這個(gè)指標(biāo)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證不同過(guò)載的退飽和時(shí)間，且需要給出足夠的冗余。

2、輸入結(jié)構(gòu)的限制

下圖所示，是常見(jiàn)用于運(yùn)算放大器輸入端的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，其能支持的差分電壓低于±0.7V，即只有在差分電壓在這個(gè)范圍以內(nèi)，運(yùn)算放大器才表現(xiàn)出較高的輸入阻抗，當(dāng)差分電壓超過(guò)這個(gè)范圍，保護(hù)二極管開(kāi)始導(dǎo)通，差分輸入阻抗快速下降，同時(shí)因?yàn)樵摱O管往往過(guò)電流能力都比較小，長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通會(huì)損壞器件。

所以，對(duì)于把運(yùn)算放大器當(dāng)作比較器的時(shí)候，需要注意該運(yùn)放的差分輸入電壓能夠支持的范圍是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

3、相位翻轉(zhuǎn)

很多運(yùn)算放大器的輸入共模電壓并不是到軌的，一旦輸入超過(guò)規(guī)格允許的共模電壓范圍，則輸出會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的情況，例如相位翻轉(zhuǎn)。所以，對(duì)于把運(yùn)算放大器當(dāng)作比較器的時(shí)候，需要注意該運(yùn)放的共模輸入電壓是否可以覆蓋設(shè)計(jì)比較電路所需要的范圍。

4、不穩(wěn)定

運(yùn)算放大器用于比較器的時(shí)候是沒(méi)有負(fù)反饋的，整個(gè)系統(tǒng)工作在開(kāi)環(huán)模式下，且由于運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益非常高，任何輸入的階躍均會(huì)有可能導(dǎo)致振蕩（少量的正反饋會(huì)很容易由于非常高的開(kāi)環(huán)增益引起輸出自激振蕩。）。

總而言之，作為優(yōu)秀的模擬工程師的我們，為了更擁有更強(qiáng)的系統(tǒng)魯棒性，切勿將運(yùn)算放大器用作比較器。