如何成为出色的模拟工程师(三):放大器与比较器

放大器和比较器的区别

1.放大器与比较器的主要区别是闭环特性

放大器大都工作在闭环状态，所以要求闭环后不能自激。而比较器大都工作在开环状态更追求速度。对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器（要主意输出电平），反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用。

因为比较器为了提高速度进行优化，这种优化却减小了闭环稳定的范围。而运放专为闭环稳定范围进行优化，故降低了速度。所以相同价位档次的比较器和放大器最好是各司其责。如同放大器可以用作比较器一样，也不能排除比较器也可以用作放大器。但是你为了让它闭环稳定所付出的代价可能超过加一个放大器！

换言之，看一个运放是当作比较器还是放大器就是看电路的负反馈深度。所以，浅闭环的比较器有可能工作在放大器状态并不自激。但是一定要作大量的试验，以保证在产品的所有工作状态下都稳定！这时候你就要成本/风险仔细核算一下了。

2.算放大器和比较器如出一辙，简单的讲，比较器就是运放的开环应用，但比较器的设计是针对电压门限比较而用的，要求的比较门限精确，比较后的输出边沿上升或下降时间要短，输出符合TTL/CMOS电平/或OC等，不要求中间环节的准确度，同时驱动能力也不一样。一般情况：用运放做比较器，多数达不到满幅输出，或比较后的边沿时间过长，因此设计中少用运放做比较器为佳。

比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下：

1）、比较器的翻转速度快，大约在ns数量级，而运放翻转速度一般为us数量级（特殊的高速运放除外）。

2）、运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。

3）、运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。

通过以上我们可以看出放大器和比较器还是有比较多的区别的，但是放大器可以替代比较器吗？都有哪些的注意点呢？

运算放大器可以替代比较器吗？

许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用。一般而言，当您只需要一个简单的比较器，并且您在四运算放大器封装中还有一个“多余”运算放大器时，这种做法是可行的。稳定运算放大器运行所需的相位补偿意味着把运算放大器用作比较器时其速度会非常的低，但是如果对速度要求不高，则运算放大器可以满足需求。偶尔会有人问到我们运算放大器的这种使用方法。这种方法有时有效，有时却不如人们预期的那样效果好。为什么会出现这种情况呢？

许多运算放大器都在输入端之间有电压钳位，其大多数一般都使用背靠背二极管（有时使用两个或者更多的串联二极管）来实施。这些二极管保护输入晶体管免受其基极结点反向击穿的损害。差动输入为约 6V 时便会出现许多 IC 工艺击穿，这会极大地改变或者损坏晶体管。下图显示了 NPN 输入级，D1 和 D2 提供了这种保护功能。

在大多数常见运算放大器应用中，输入电压均约为零伏，其根本无法开启这些二极管。但是很明显，对于比较器的运行而言，这种保护便成了问题。在一个输入拖拽另一个输入（以一种讨厌的方式拉其电压）以前，差动电压范围（约0.7V）受限。尽管如此，但我们还是可以把运算放大器用作比较器。但是，在我们这样做时必须小心谨慎。在一些电路中，这种做法可能是完全不能接受的。

问题是我们（包括其他运算放大器厂商）并没有总是说明这些钳位的存在。即使有所说明，我们可能也不会做详细的解释或者阐述。也许我们应该说：“用作比较器时，请小心谨慎！”产品说明书的作者们通常也只是假设您肯定会把运算放大器当作运算放大器用。最近，我们在美国亚利桑那州图森产品部召开了一个会议。会议决定，我们以后将会更加清楚地说明这种情况。但是，现在已经生产出来的运算放大器怎么办呢？下列指导建议可能会对您有所帮助：

一般而言，双极 NPN 晶体管运算放大器都有输入钳位，例如：OP07、OPA227 和 OPA277 等。uA741 是一个例外，它具有 NPN 输入晶体管，并且有一些为 NPN 提供固有保护的附加串联横向 PNP。

使用横向 PNP 输入晶体管的通用运算放大器一般没有输入钳位，例如：LM324、LM358、 OPA234、OPA2251 和 OPA244。这些运算放大器一般为“单电源”类型，其意味着它们拥有一个扩展至负电源端（或者稍低）的共模范围。输入偏置电流为一个负数时，表示输入偏置电流自输入引脚流出。这时，我们通常可以认定它们为这类运算放大器。但是，需要注意的是，使用 PNP 输入的高速运算放大器一般有输入钳位，而这些 PNP 是一些具有更低击穿电压的垂直 PNP。

更高电压（一般大于 20V）下工作的 JFET 和 CMOS 放大器，可能有也可能没有钳位。这种不确定性，要求您进行更多仔细的检查。所用工艺和晶体管类型的特性，决定了其内部是否存在钳位。

大多数低压 CMOS 运算放大器都没有钳位。自动归零或者斩波器类型是一个特例，其可能具有类似钳位的行为表现。

底线是……如果您考虑把运算放大器用作比较器，请一定小心谨慎。仔细阅读产品说明书，不要漏掉一点信息，包括应用部分的一些注解内容。在电路试验板或者样机中验证其表现，查看一个输入电压对另一个输入电压的影响。不要依赖 SPICE 宏模型。一些宏模型可能并不包括对钳位建模的一些额外组件。另外，当您笨手笨脚地把运算放大器从一个轨移动到另一个轨时可能出现其他一些现象，我们可能无法精确地对这些现象建模。