运算放大器TS321和电压比较器TS391的工作原理及应用

摘要：便携设备的发展，要求电子元器件往小型化和低功耗方向发展，作为超小型封装的单运算放大器TS321和单电压比较器TS391在各方面的很好的满足了这一要求。文中主要介绍这两款器件的工作原理和一些基本应用。它们的功耗低，体积小，能延长电池的使用时间，节省电路板面积，降低产品成本。
关键词：超小型；运算放大器；电压比较器；TS321；TS391

    从1963年Robert J．(Bob) Widlar设计出第一片公认的单片集成运算放大器μA702开始，运算放大器的发展，经历了从通用运算放大器到低失调、低噪声、高增益的高精度专用运算放大器的历程。这期间324作为一款通用的运算放大器，由于其具有极高的易用性在很长的一段时间内得到了广泛的应用。但由于324在单片内集成了4个完全一样的运放，在一些只用到一个运放的应用中造成了成本的浪费，而且还消耗更多的电源功耗和电路板面积。作为324的单运放版本，TS321以更小的封装体积，提供一样的参数和性能，以更小的电源功耗在应用方面有着广阔的前景。而作为四电压比较器339的单比较器版本TS391和TS321一样在小型化方面有着非常大的优势。

1 TS321和TS391的工作原理
    TS321采用双极型PNP晶体管作为输入级，使用两级放大的形式有效提高电路的增益。T321有着极宽的电源电压范围，单电源供电时电压范围从3V到30V，正负电源供电时电源范围从±1．5V到±15V，具有较低的电源电流(典型值为500μA)和较低的输入偏置电流，并且在高容性负载下依然能够稳定工作。
    TS391采用的也是双极型PNP晶体管作为输入级，能接受很宽的电源电压范围，包括单电源或正负电源供电，极低的电源电流(0．2mA)，较低的输出饱和电流(250mV)，差动输入电压范围较大，最大可以等于电源电压值，输出端电平可灵活方便地选用。
    TS321和TS391均采用SOT23—5L的超小型封装形式，如图1所示。

    TS391类似于增益不可调的运算放大器。比较器有两个输入端和一个输出端。一个称为同相输入端(+)，另一个称为反相输入端(-)。用作两个电压的比较时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平，它可选择TS391输入共模范围的任何一点)，另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和。相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别超过一定值就可确保输出能够从一种状态可靠地转换到另一种状态。因此，把TS391用在弱信号检测等场合是比较理想的。TS391的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体管，在使用时输出端到正电源一般需接一只上拉电阻。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。

2 TS391的应用
2．1 TS391作为过零比较器
    图2所示为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零，从同相端输入。当Ui>0时，输出U0=-(UZ+UD)，当Ui<0时，U0=+(UZ+UD)。其电压传输特性如图3所示。

    过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。
2．2 TS391作为迟滞比较器
    图4为具有迟滞特性的过零比较器。从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若u0改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当u0为正(记作U+)，则当ui>U∑后，u0即由正变负(记作U-)，此时U∑变为-U∑。故只有当ui下降到-U∑以下，才能使u0再度回升到U+，于是出现图5中所示的迟滞特性。-U∑与U∑的差别称为回差。改变R2的数值可以改变回差的大小。

3 结束语
    作为超小型封装的单运算放大器和单电压比较器，TS321和TS391的功耗低，体积小，可延长电池的使用时间，节省电路板面积，降低终端产品的成本。这些器件适用于便携式应用，例如随身听和手机等个人手持设备，因此其应用前景极其广阔。