運算放大器和比較器

比較器和運算放大器電氣符號非常相像，都是有反相、同相兩個輸入端和一個輸出端的器件，輸出端的輸出電壓范圍一般在供電的軌到軌之間；同時比較器和運算放大器都具有低偏置電壓、高增益和高共模抑制比的特點。

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圖1 ?運算放大器和比較器

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運算放大器和比較器的區(qū)別

①輸出：

比較器一般為邏輯輸出，表征兩個輸入端的電位高低。現(xiàn)在市面上大部分比較器的輸出都可以兼容TTL和CMOS，比較器的輸出始終為正負電源軌之一。但是運算放大器的輸出是模擬信號，目前CMOS型的運放輸出一般都能做到軌到軌輸出【1】，運放的輸出電壓信號可以是接近正負電源軌之間的任意值。在運算放大器輸出動態(tài)范圍不超過后端邏輯電路的供電軌條件下，運放是可以用作比較器的。

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運放用作比較器時，輸出是推挽架構；而比較器可以做成推挽架構，也可以做成開漏輸出架構。

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②速度

比較器適用于開環(huán)系統(tǒng)，高速條件下工作，通常比較穩(wěn)定。運算放大器過驅(qū)時可能會飽和，使得恢復速度相對較慢，而比較器的過載恢復時間很短。

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③輸入考慮因素：

很多運算放大器都內(nèi)置保護電路，以防止大電壓損壞芯片。當輸入較大差分電壓時，很多運算放大器的輸入級都會出現(xiàn)異常，因為運算放大器的差分輸入電壓范圍通常是有限制的。

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圖2 ?運放內(nèi)部輸入保護電路

非軌對軌運放的共模輸入電壓范圍，不能到正電源軌；而比較器是支持到正電源軌的。

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?運放用作比較器的應用場景

運放和比較器有很多相似的參數(shù)，在要求低失調(diào)電壓、低失調(diào)電流、高共模抑制的應用場景中選擇運放替代比較器是比較方便的。

運放一般有單運放，雙運放和四運放的封裝。將運放用作比較器，用一顆雙運放或者四運放就可以完成信號放大加比較的功能。無論是在便捷性、成本還是電路板的體積上，都會更有優(yōu)勢。

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運放用做比較器的缺點

從辯證的角度來看，有優(yōu)點就一定會有缺點。在前文的區(qū)別中，我們已經(jīng)提及到了運放和比較器的速度上的差異。因此在運放用作比較器時，需要重點關注速度、差分輸入電壓范圍和放大器輸出是否過載這幾點。

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運放作比較器的注意事項

①電源：

如果邏輯和運算放大器共用同一電源，軌到軌運算放大器可以驅(qū)動CMOS和TTL邏輯，但運算放大器與邏輯電路如果不共用電源，則需要另外做接口電路。

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②輸入阻抗和偏置電流：

運放用作比較器時，首先要滿足高輸入阻抗條件。CMOS運放這種電壓反饋運算放大器的輸入阻抗都在兆歐級別，滿足應用。而對于電流反饋(跨導)運算放大器來說，反相輸入端阻抗極低，不能用作比較器。

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③差分輸入特性

運算放大器的設計初衷是與負反饋配合，盡可能地降低差分輸入。在具體的應用中應結合實際需要的差分輸入電壓、與運放實際能提供的最大差分輸入電壓來考慮。

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④共模輸入特性

對于老式的FET型輸入運算放大器，當輸入超過器件允許的共模電壓范圍時，會產(chǎn)生相位翻轉(zhuǎn)。目前各個廠家生產(chǎn)的運放都通過各種手段盡量不讓運放出現(xiàn)相位翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。如果實際的共模電壓范圍超過運放允許的輸入共模電壓范圍，需要實際驗證確認是否正常工作。

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⑤穩(wěn)定性

用作比較器的運放由于外部沒有負反饋，開環(huán)增益非常高，因此，諸如PCB的寄生電容，同相輸入端的對地阻抗都可能會引起放大器的輸出震蕩，在設計上要重點考慮。

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備注：

【1】CMOS 架構的運放在低電流輸出時，飽和壓降非常小，甚至只有幾mV，輸出可以非常接近兩個電源軌，而不是等于。

【2】潤石科技比較器選型樹狀圖

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