為什么不要將運(yùn)算放大器用作比較器

比較器是被設(shè)計(jì)用在開環(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，下面來簡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)!!!

在設(shè)計(jì)電路時(shí)候，常會用到2路或者4路的運(yùn)算放大器，但往往會有多余的通道未使用，工程師習(xí)慣性的就會把這個(gè)未使用的通道當(dāng)比較來使用，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?？欤欢鴮⑦\(yùn)放用作比較器時(shí)會造成低速度。

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)算放大器過載時(shí)，有時(shí)僅幾毫伏也可能導(dǎo)致過載，Vo=Aol×(IN+-IN-)，其中有些放大級可能發(fā)生飽和。 這種情況下，器件需要相對較長的時(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)超過正常群延遲(實(shí)際指信號從輸入端到達(dá)輸出端的時(shí)間)，并且通常取決于過載量。 通常，很少有運(yùn)算放大器標(biāo)注從不同程度過載狀態(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)，并通過實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證不同過載的退飽和時(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，是常見用于運(yùn)算放大器輸入端的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，對于這種結(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)差分電壓超過這個(gè)范圍，保護(hù)二極管開始導(dǎo)通，差分輸入阻抗快速下降，同時(shí)因?yàn)樵摱O管往往過電流能力都比較小，長時(shí)間導(dǎo)通會損壞器件。

所以，對于把運(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，一旦輸入超過規(guī)格允許的共模電壓范圍，則輸出會發(fā)生不可預(yù)測的情況，例如相位翻轉(zhuǎn)。 所以，對于把運(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)候是沒有負(fù)反饋的，整個(gè)系統(tǒng)工作在開環(huán)模式下，且由于運(yùn)放的開環(huán)增益非常高，任何輸入的階躍均會有可能導(dǎo)致振蕩(少量的正反饋會很容易由于非常高的開環(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。

但江湖不僅僅只有魯棒性，還有人情世故(成本、器件使用飽滿度)，一旦我們因?yàn)槿饲槭拦识x擇用運(yùn)算放大器當(dāng)作比較器的時(shí)候，必須基于以上要點(diǎn)了解相關(guān)知識以確保所選運(yùn)算放大器能達(dá)到要求的性能。