一个简单的三角形符号到底意味着什么？

符号是有助于还是妨碍我们思考设计？符号很重要，但如果一个符号可以表示多种东西呢？正如我们将看到的那样，这可能会造成问题。

在模拟世界中，三角形可以表示运算放大器、比较器或仪表放大器。您可以使用其中之一实现另一个的功能，但系统性能将不是最佳的。

图1，哪个三角形表示运算放大器？哪个三角形表示比较器？哪个三角形表示仪表放大器？

图1.运算放大器、仪表放大器和比较器。

答案：

它们都是！

我们来看看大家是如何陷入困境的……

反馈

如果系统中存在噪声，例如接地反弹，输出可能会反转，这在控制系统中当然是不希望发生的。但随后它开始回头，产生振荡行为，有时称之为震颤。

图2.经典三运放仪表放大器

开环和闭环增益

对于运算放大器，参见式1，开环增益(AVOL)越高，闭环增益将越精确。大多数运算放大器的开环增益在100,000至1000万之间，但某些较早的高速运算放大器可能低至3000。如前所述，开环增益越高，闭环增益误差越小。

对于比较器，如果输出的逻辑摆幅为3V，并且您需要1mV阈值，则最小增益须为3000。较高的增益将使不确定性窗口变小，但如果增益过高，微伏级的噪声就会触发比较器。

对于仪表放大器，开环增益的概念并不适用。

输入电容

图4.尝试减少运算放大器带宽

图5.具有LPF和迟滞的比较器

对于仪表放大器，输入端放置电容是完全可以接受的，如图6中的C4所示。

图6.RFI滤波器前置于仪表放大器

输出

运算放大器或仪表放大器的输出会从接近一个轨摆动到另一个轨。根据输出级是使用共射极还是共源极配置，输出可能达到任一供电轨的25mV至200mV范围内。这被视为轨到轨输出。如果运算放大器由+15V和–15V供电，则不便于与数字电路接口。

一种糟糕的解决方案是在输出端放置二极管箝位，以保护数字输入免受损坏。但取而代之的是，运算放大器因电流过高而损坏。运算放大器与数字逻辑接口有更复杂的方法，但何必那么麻烦？只需使用比较器即可。

比较器可以有CMOS图腾柱输出，或者有NPN或NMOS开集或开漏输出。虽然开集或开漏输出需要一个上拉电阻，导致上升和下降时间不等，但它有如下优点：比较器采用一个电压（如5V）供电，并在其他电压（如3.3V）下与逻辑接口。

总结

对于许多应用，运算放大器的选择取决于用户是注重直流精度、交流精度、输入失调电压、增益带宽还是电源电压。比较器的关键参数通常是传输延迟和电源电压，选择起来比较容易。仪表放大器的主要标准是CMRR与频率的关系，但在DC附近，失调电压和增益精度也很重要。

只有选择正确的器件，才能实现未来若干年内无故障且可以大批量生产的产品和设计。