电压比较器能替代运算放大器用吗

搞电子设计的朋友都知道，在要求不高的场合，可以用运算放大器代替电压比较器使用，但反过来能把电压比较器当运算放大器用吗？我们先来看一下仿真。笔者选择一片常用的比较器LM393，用Multisim11.0软件进行仿真。在查阅LM393数据手册时，意外发现ST公司官方推荐的一个电路图，如图1所示。这是比较器用作低频放大器时的推荐电路，那就用它来做试验吧！

图1 ST公司推荐LM393作放大器的电路图

在Multisim软件中建立图2所示的仿真环境，用虚拟的安捷伦信号发生器和示波器观察仿真结果。

图2 Multisim仿真电路图

输入信号为峰峰值50mV、频率10Hz的正弦波，这时输出信号正常放大，无失真，放大倍数为1.79×1000/17.68=101.2，与理论值101相符。

保持输入信号幅度不变，频率增加到50Hz，此时输出波形已经失真，曲线变得尖锐和陡峭，测量失真度达6.339%。

图3 输入信号为10Hz时的仿真结果

图4 输入信号为50Hz时的仿真结果

保持输入信号幅度不变，频率继续增加到100Hz，此时输出波形已经严重失真，幅度也减小很多，有向三角波发展的趋势，失真度高达22.430%。

图5 输入信号为100Hz时的仿真结果

综上可见，比较器用作放大器的条件是很苛刻的，频率要求要很低，也就没什么实用价值了！为什么会出现这种现象呢？还得从比较器的内部电路说起。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，如果接入负反馈，电路可能不会稳定工作。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。另外，比较器的设计目的是针对电压门限比较而用的，要求的门限电平精确，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/OC等，不要求中间环节的准确度，当然减小了闭环稳定的范围。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，但是一定要做大量的试验，以保证在产品的所有工作状态下都稳定，这时候你还不如直接用专用的比较器来得快。

图6 LM393内部电路原理图

最后笔者给出一个忠告：在设计中少用运放做比较器，不用比较器做放大器。