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

比較器適用于開環系統，高速條件下工作，通常比較穩定。運算放大器過驅時可能會飽和，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，在要求低失調電壓、低失調電流、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，有優點就一定會有缺點。在前文的區別中，我們已經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，會產生相位翻轉。目前各個廠家生產的運放都通過各種手段盡量不讓運放出現相位翻轉的現象。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穩定性

用作比較器的運放由于外部沒有負反饋，開環增益非常高，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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