关于大多数IC(集成电路)，数据手册上都会列出最大电源电流，但人们常常对其丈量条件视若无睹。关于某些轨到轨输出运算放大器
，某些操作或许会导致电源电流比规则的最大值高出2到10倍。
本文谈论在承认最大电源电流时，需求考虑哪些方面;本文的谈论对双极性和CMOS运算放大器均适用。
简直一切IC的数据手册都会供给确保的最大电源电流值，但该值并不能够用来核算最差状况的功耗。众所周知，CMOS数字器材的电源电流跟着时钟频率的进步而进步，但模仿器材，特别是运算放大器会怎么呢?能够运用电源电流加上供应给负载的电流作为最大值吗?(提示：并不尽然……)运算放大器以闭环方式作业，而比较器则以开环方式作业。尽管这一准则十分简略而且清楚明晰，但咱们很少考虑违反准则会带来什么结果。常见的问题是将运算放大器用作比较器，因为许多运算放大器的失谐和噪声均十分低。当运算放大器选用±15 V电源供电，而且输入信号在±10 V规模内时，将其用作比较器有时是可行的，特别是假如添加一些正迟滞来防止振动并加速不承认区域的过渡。但跟着轨到轨输出运算放大器的呈现，问题开端变得严峻。参阅文献(1)对输入和输出级做了很好的阐释。
前史回忆
在数字国际，NAND门、NOR门等的MIL/ANSI符号天壤之别。但在模仿国际，不知是何原因，运算放大器和比较器均显现为一个带两路输入和一路输出的三角形，“这种表明方法影响深远”(2)。运算放大器用作比较器已有很长时刻，关于比较器和用作比较器的运算放大器，已有许多论文做过谈论。早在1967年，当推出LM101A时，其数据手册显现的运用电路中便是用作比较器。攻略MT-083 (3)对
比较器进行了比较全面的总述，包含放大器的功用指标和为何需求迟滞，但并未谈论将运算放大器用作比较器的状况。
Sylvan (4)谈论了运算放大器用作比较器时的一般考虑要素，但并未特别谈论轨到轨输出运算放大器。他的确提示过我们应当留意输入相关于共模输入电压的差异，并涉及到差模电压的不同。Bryant (5)开宗明义：“可是，关于将运算放大器用作比较器的最佳主张十分简略——不要这样做!”，然后说明晰多个需求考虑的问题，最终总结道：在某些运用中，这或许是一个正确的规划决议计划。Kester (6)相同对立将运算放大器用作比较器，但也牵强供认，有些状况下这或许行得通。Moghimi (7)谈论了运算放大器与比较器的差异，正告说“魔鬼就藏在细节中”，而且十分清楚地解说了输入维护二极管、反相和运放的多个其它特性，但他以为，当心处理这些细节仍是能够有效地解决问题。他的确扼要提及了轨到轨输出运算放大器，但未谈到电源电流。
图1. 经典双极性输出级
跟着电源电压减小，用来坚持较大电压摆幅的方法之一是将传统输出级变为“轨到轨”输出级。图1所示为一个经典输出级，能够称之为非轨到轨输出级，其输出只能到达正电源的1 V规模内。为了更挨近供电轨，输出级晶体管变为共发射极装备，如图2所示。
图2. 双极性轨到轨输出
跟着电源电压减小，用来坚持较大电压摆幅的方法之一是将传统输出级变为“轨到轨”输出级。图1所示为一个经典输出级，能够称之为非轨到轨输出级，其输出只能到达正电源的1 V规模内。
为了更挨近供电轨，输出级晶体管变为共发射极装备，如图2所示。“轨到轨”输出并非真实的“轨到轨”，可是能够到达距电源电压50 mV至100 mV规模内，详细取决于输出晶体管的巨细和负载电流。
比较这两个输出级，有三点值得特别留意：榜首，传统输出级具有电流增益、小于1的电压增益和十分低的输出阻抗。第二，轨到轨输出级是共发射极输出级，因而具有电压增益，约为gm TImes; RL。RL由外部负载和晶体管的输出阻抗(RO)组成。当输出与供电轨相差数百毫伏以上时，RO十分大，一般能够疏忽不计，但假如输出挨近供电轨，则不能疏忽。第三，能够将输出看作传统的双晶体管份额式电流镜，这是问题的症结所在。
在正常作业中，中心级会拉低基极-集电极节点，将更多电流驱动到负载，然后进步电压。在负反应下，跟着输出电压升高，输入级和中心级将下降驱动电流，直到闭环平衡。当用作比较器时，中心级会拉低基极-集电极节点，企图关闭环路，但因为没有反应，它将越拉越凶猛。这一额定电流找到一条途径从正电源引脚流到负电源引脚，以额定电源电流的方式呈现。驱动输出级的方法有多种，而且空穴和电子的迁移率存在差异，因而电源电流的进步一般不对称。
为了量化这一效应，笔者从ADI公司及三家首要模仿器材竞赛厂商各取得了一个双极性运算放大器和一个CMOS运算放大器。为了进行比较，实验中还包含前史悠久的双通道运算放大器LM358(非轨到轨输出)和双通道比较器LM393。运用三个电路，丈量与电源电压呈函数联系的电源电流。图3显现了用于丈量电源电流的经典方法。电流表按图示进行衔接，以便除掉阻性分压器的电源电流。
图3
运用两块电流表，以便承认电源电流是精确的，而且不包含经过输入引脚的任何无关电流途径。
电阻值无关紧要，所选值只需确保运算放大器的输入在数据手册技能标准表规则的输入电压规模(IVR)内。要丈量开环下的电源电流，例如作为比较器作业时，参见图4和图5所示。某些低噪声双极性运放的输入端之间具有二极管，用以维护差分输入对，因而“肯定最大额定值”表中规则的最大差分电压一般是±0.7 V。假如有内部串联电阻，其值一般在500 Ω到2 kΩ规模内。“肯定最大额定值”表或许将最大差分电压规则为正负电源电压，但这并不意味着器材能够在这种条件下作业。应当参阅器材的简化内部原理图，假如没有供给，能够问询制作商。在这两种装备中，电阻值的挑选比前一种状况略显重要。电阻值应足够低，使得差分输入电压至少为0.5 V，以确保输出被极力驱动到供电轨，一起应足够高，不至于损坏内部二极管。所选值应将输入电流约束在1 mA以下。
图4. 比较器、低电平输出
图5. 比较器、高电平输出
表1列出了以下内容：数据手册的最大电源电流标准;在以下条件下测得的电源电流：运算放大器衔接为跟从器，VIN为两个电源引脚电压的中心电压(图3);输出驱动到低电平时的电源电流(图4);输出驱动到高电平时的电源电流(图5)。
传统运算放大器和比较器
表1显现，传统器材LM358和LM393的体现一如预期。双极性轨到轨运算放大器一切双极性轨到轨输出运算放大器的电源电流都大于一个或两个比较器电路中的“最大”运放电源电流。驱动输出级的方法有多种，将输出驱动到一个或另一个供电轨时，某些方法会导致电源电流升高。因为不熟悉其它制作商产品的内部原理图，无法谈论该现象。关于OP284，数据手册给出了第二级和输出级的原理示目的。参见图6。
假如VOUT被Q5/Q3/Q4驱动到高电平，电源电流将是R4和R6值的函数。这些值的挑选目的是最大程度地进步运放功用并减小芯片面积，而不是为比较器考虑。当VOUT被Q6/R1/Q1驱动到低电平时，电源电流将由R1决议。相同，R1、I1等元件的值是针对运放功用来挑选，而不是针对比较器功用。
图6.
CMOS轨到轨运算放大器
CMOS运算放大器有一个值得留意的行为。某些状况下，当驱动到供电轨时，电源电流实践上会下降。CMOS运算放大器的输出级由共源极PMOS和NMOS晶体管组成，增益在输出级中取得。增益为gm TImes; RL，为了取得合理的跨导值，驱动电路将静态电流设置为某个值。当输出被驱动到供电轨时，驱动电路会下降互补晶体管上的驱动电流。依据上方晶体管到下方晶体管的传递特性，电流实践上会减小。留意，所选四个CMOS运算放大器的行为存在很大差异。
最终，为了减小芯片尺寸，下降成本，两个运算放大器或许会同享某些电路，如偏置电路和相关的动电路等。正如前面所说的(8)，假如一个运算放大器超出正常作业规模，引起偏置电路失灵，则另一个运算放大器也会失灵。在电池供电的体系中，或许运用低电流串联稳压器时，应当考虑额定电源电流。电池运用寿数或许比核算结果短，稳压器或许无法在一切条件下发动，特别是在不同温度下。
提示
关于新规划，最简略的解决方法是“不要将运算放大器用作比较器”。假如有必要或无意中将运算放大器用作比较器，那么：
查看数据手册，看制作商是否供给了有关用作比较器的信息。某些制作商会供给此信息(9、10)。
假如没有相关信息，问询制作商是否能够供给。
假如制作商无法供给，请运用多个日期代码的产品来对上述电路自行丈量，添加50%的安全系数。
总结
当用作比较器时，轨到轨输出运算放大器具有一些共同的体现。需求比较器功用时，延伸电池寿数和进步功用的最佳方法是运用低成本比较器，将任何已用的运算放大器链接为跟从器并使同向输入端等于运放输入电压规模内的某一安稳电压，或许运用单通道和双通道产品替代四通道产品。电源电流或许会大大超越数据手册规则的“最大值”。在精心考虑的条件下，未运用的运算放大器能够用作比较器，但适当地混合运用运算放大器和比较器能够下降电源电流，并取得明承认义的功用。
