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博文連載：看一個TI老工程師如何馴服精密放大器 作者：德州儀器 (TI) Bruce Trump 許多人偶爾會把運算放大器當比較器使用。一般而言，當您只需要一個簡單的比較器，并且您在四運算放大器封裝中還有一個“多余”運算放大器時，這種做法是可行的。穩定運算放大器運行所需的相位補償意味著把運算放大器用作比較器時其速度會非常的低，但是如果對速度要求不高，則運算放大器可以滿足需求。偶爾會有人問到我們運算放大器的這種使用方法。這種方法有時有效，有時卻不如人們預期的那樣效果好。為什么會出現這種情況呢？ 許多運算放大器都在輸入端之間有電壓鉗位，其大多數一般都使用背靠背二極管（有時使用兩個或者更多的串聯二極管）來實施。這些二極管保護輸入晶體管免受其基極結點反向擊穿的損害。差動輸入為約 6V 時便會出現許多 IC 工藝擊穿，這會極大地改變或者損壞晶體管。下圖顯示了 NPN 輸入級，D1 和 D2 提供了這種保護功能。 
在大多數常見運算放大器應用中，輸入電壓均約為零伏，其根本無法開啟這些二極管。但是很明顯，對于比較器的運行而言，這種保護便成了問題。在一個輸入拖拽另一個輸入（以一種討厭的方式拉其電壓）以前，差動電壓范圍（約0.7V）受限。盡管如此，但我們還是可以把運算放大器用作比較器。但是，在我們這樣做時必須小心謹慎。在一些電路中，這種做法可能是完全不能接受的。 問題是我們（包括其他運算放大器廠商）并沒有總是說明這些鉗位的存在。即使有所說明，我們可能也不會做詳細的解釋或者闡述。也許我們應該說：“用作比較器時，請小心謹慎！”產品說明書的作者們通常也只是假設您肯定會把運算放大器當作運算放大器用。最近，我們在美國亞利桑那州圖森產品部召開了一個會議。會議決定，我們以后將會更加清楚地說明這種情況。但是，現在已經生產出來的運算放大器怎么辦呢？下列指導建議可能會對您有所幫助： 一般而言，雙極 NPN 晶體管運算放大器都有輸入鉗位，例如：OP07、OPA227 和 OPA277 等。uA741 是一個例外，它具有 NPN 輸入晶體管，并且有一些為 NPN 提供固有保護的附加串聯橫向 PNP。
使用橫向 PNP 輸入晶體管的通用運算放大器一般沒有輸入鉗位，例如：LM324、LM358、 OPA234、OPA2251 和 OPA244。這些運算放大器一般為“單電源”類型，其意味著它們擁有一個擴展至負電源端（或者稍低）的共模范圍。輸入偏置電流為一個負數時，表示輸入偏置電流自輸入引腳流出。這時，我們通常可以認定它們為這類運算放大器。但是，需要注意的是，使用 PNP 輸入的高速運算放大器一般有輸入鉗位，而這些 PNP 是一些具有更低擊穿電壓的垂直 PNP。
更高電壓（一般大于 20V）下工作的 JFET 和 CMOS 放大器，可能有也可能沒有鉗位。這種不確定性，要求您進行更多仔細的檢查。所用工藝和晶體管類型的特性，決定了其內部是否存在鉗位。 大多數低壓 CMOS 運算放大器都沒有鉗位。自動歸零或者斬波器類型是一個特例，其可能具有類似鉗位的行為表現。 底線是……如果您考慮把運算放大器用作比較器，請一定小心謹慎。仔細閱讀產品說明書，不要漏掉一點信息，包括應用部分的一些注解內容。在電路試驗板或者樣機中驗證其表現，查看一個輸入電壓對另一個輸入電壓的影響。不要依賴 SPICE 宏模型。一些宏模型可能并不包括對鉗位建模的一些額外組件。另外，當您笨手笨腳地把運算放大器從一個軌移動到另一個軌時可能出現其他一些現象，我們可能無法精確地對這些現象建模。如果您有什么問題，請訪問德州儀器在線技術支持社區 www.deyisupport.com 。 差動鉗位會影響標準運算放大器電路嗎？運算放大器的輸入電壓應大約為零，沒錯吧？我們將在下次對此進行詳細的討論。 |
