运放和比较器的一些注意事项

运放的输入输出特性曲线

下图为理想运放的输入输出特性曲线：

运放处于深度负反馈状态，运放工作在线性区域，有“虚短”和“虚断”现象， 运放加入正反馈，则工作在非线性工作区域

理想的运放工作区域有

1. 开环区域
2. 线性区域

但普通运放一般是经过优化设计为闭环状态（线性区域）的，如果普通运放应用于开环区域，应当考虑一些问题

运放当作比较器来用一些问题

1. 运放的输入级经过特殊处理，如在运放同向输入和反向输入 反向并联两个的二极管作为保护（一般是MOS管或者三极管使用二极管连接方式），这类运放就不能应用于两输入端电压差别较大的开环应用（如常用的NE5532，OP27等）
2. 运放一般被优化应用于闭环状态，输出级晶体管工作在线性区，而当作为比较器来使用时，则是工作在饱和区，这晶体管从线性区进入饱和区需要比较长的时间

运放和比较器的电路符号几乎一样，内部点乃是也差不多，差别主要是在输出级上，总之，运放的输出级为线性工作所优化，而比较器的输出级为饱和工作所优化（针对三极管而言）

专用比较器

除了正负号不同，运放和比较器的输入级看起来几乎相同。运放的输出级要复杂一些，比较器的输出级与运放相比有显著不同,包含了一个集电极开路的晶体管。但是应当注意，很多新型的比较器具备推挽输出，看上去与运放的输出级非常类似。

由于大部分比较器具有集电极开路输出，因此很少有设计师会将比较器误用为运放。集电极开路输出比较器的输出晶体管在设计时优化为提供较低的Vce，以便使其能够开关重负载。集电极开路的结构需要依靠外部电路来完成与电源的连接，以便构成完整的电路。有些比较器还提供外接的发射极引脚，此时设计师需要在外部电路中完成集电极与发射极的连接，才能完成整个电路。另外一些比较器使用场效应管(FET)，具备漏极(而不是集电极)开路输出。这种比较器主要用来驱动重负载。

比较器是一种开环器件，不需要反馈电阻就可以工作。比较器一般用来比较两个输入端的电压，产生与输人电压相关的数字输出。

• 如果同相(+)输入端的电压高于反相(-)输入端的电压，集电极(漏极)开路输出的比较器的输出端为低阻导通状态，推挽输出的比较器的输出端为高电平。
• 如果同相(+)输入端的电压低于反相(-)输入端的电压，集电极(漏极)开路输出的比较器的输出端为高阻关断状态，推挽输出的比较器的输出端为低电平。

运放

运放是针对闭环工作设计和优化的，运放的输出晶体管被设计成用于输出模拟波形，因此具有很大的线性区域。

开环工作时，这样的晶体管从线性区进入饱和区需要花费很长的时间，使得上升和下降的时间变得很长。

在某些情况下，将运放用作比较器会侥幸成功。

对于希望比较器具有快速响应特性的设计师来说，运放输出级的设计是件坏事。运放输出级中使用的品体管并非开关晶体管。这些晶体管设计在线性区域工作，用于输出精确的模拟波形。在处于饱和状态时，它们可能不仅消耗比预期更多的功率，还有可能锁定，且恢复时间难以预测。一批器件的恢复时间可能只有几个微秒，而另一批器件可能需要长达数十毫秒。运放的恢复时间无法测试，因此无法在数据手册中规定。有些器件甚至不会从锁定状态中恢复!对于某些轨到轨运放，输出饱和可能会导致输出管热失控从而损坏。

总结

1. 尽量使用专用的比较器（如LM339或者TLV3501）使用，避免将运放使用于开环状态
2. 如果要使用运放应用于开环状态，且不需要快速响应，则需要注意运放的输入级，具体的查阅运放的datasheet
3. 运放应用于开环状态时，避免超出共模输入电压，不然，很多运放的输出会产生相位反转

参考文献

1. 运算放大器输出相位反转和输入过压保护_运放输入保护-优快云博客
2. 运算放大器权威指南（第五版）