3.7 运算放大器

在ATX电源中，运算放大器是除PWM芯片之外最显著的芯片之一。实践中最常见的是四路运算放大器339或两路运算放大器358。

在ATX电源中，运算放大器进行的运算往往涉及电源本身的过压（过流）、缺相（缺少某路输出）等逻辑判断，以及PG信号的产生。因此，对运算放大器的学习重点是其外围阻容而非芯片本身。对于具体的运算放大器而言，我们应该尽可能地通过跑线明确其同相、反相、输出脚的外围电路，搞清楚其判断的具体内容及其输出所代表的确切含义。

运算放大器的具体运用是除PWM外另一个重要知识点，学习难度较大。

3.7.1 运算放大器的引脚定义及实物图

如图3-51所示为两种运算放大器的引脚定义图。

运算放大器在ATX电源中主要用于执行逻辑判断，以及根据判断的结果输出特定的逻辑信号。逻辑判断是指某个电路事件的发生。常识告诉我们，任何复杂电路的工作，都涉及一系列状态的变化。那么具体电路在物理上是通过哪些元件构成的电路来实现状态的监控呢？在大多数情况下，都离不开运算放大器的参与。

下面，笔者通过一个生活常识，来初步解释什么是电路中的逻辑判断。

当电动车电压欠压时，需要对其进行充电。我们首先插上充电器的市电插座，会发现充电器绿色指示灯亮起，当接入电池时，会发现绿色指示灯熄灭，红色指示灯亮起，而当充满电之后，红色指示灯熄灭，绿色指示灯又会重新亮起。

顾名思义，指示灯中的“指示”，就是用来指明电路的具体工作状态的。在电动车充电过程中，充电器的指示灯有两次变化过程：第一次，指示灯由待机绿灯变为充电红灯（起因是接入电池）；第二次，指示灯由充电红灯变为待机绿灯（起因是充电完毕）。

对于电动车充电器电路而言，其指示灯的每一次变化过程都对应着一次逻辑判断。

在第一次变化中，电路对电池是否接入进行了逻辑判断，并根据判断的结果输出了开启充电的逻辑信号。在第二次变化中，电路对电池是否充满电进行了逻辑判断，并根据判断的结果输出了停止充电的逻辑信号。这就是所谓的电路中的逻辑判断。

在ATX电源中，也需要对某些电路事件进行判断，并根据判断的结果输出特定的逻辑信号。例如，ATX电源需要判断实际输出是否过压（过流）、过功率，并根据判断的结果输出保护（如锁死电路）或延迟（取消）保护的信号。又如，ATX电源需要在实际输出达到规定值之后输出一个延时的PG信号（灰色电缆8Pin）。这些逻辑判断过程都是通过运算放大器实现的。

即使在ATX电源中见不到独立的339或358，也并不说明电路中不存在运算放大器，而是被集成到了芯片中（在TL494中已经集成了两路体运算放大器）。

请读者带着以下问题来学习运算放大器有关的电路：在ATX电源中，究竟有哪些电路事件需要运算放大器来判断呢？

我们首先抛开具体电路，尽可能地想象一下ATX电源究竟存在哪些电路事件需要判断。不难归纳出以下几个事件：ATX电源是否从主板的开机排针处获得了开机跳变；ATX电源是否已经工作了；是否发生了保护事件。这部分内容，本书将在其他章节中详细介绍。

3.7.2 运算放大器的工作原理

运算放大器的每一路运算放大器都有两个输入脚——同相脚（IN+）、反相脚（IN-），有一个输出脚（OUT）。

运算放大器输出脚的电平高低由同相脚和反相脚的电平共同决定：当反相脚的电压大于同相脚的电压时，运算放大器的输出脚在芯片内部被拉低到地，输出与地基本一致的低电平；当反相脚的电压小于同相脚的电压时，运算放大器的输出脚在芯片内部可能被拉高到运算放大器的供电（VCC+），输出接近于VCC+脚的高电平。

如图3-52和图3-53所示为测试运算放大器输出脚的实际输出电平的实验装置（也可用来测试运算放大器的好坏）。实验装置中使用的运算放大器为台式计算机主板上常见的358（当然使用339亦可）。笔者将直流可调电源的正极与358的VCC+和两个102可调电阻的1脚相连，将可调电源的负极与358的地和两个102可调电阻的3脚相连，将358运算放大器的同相脚、反相脚分别与两个102可调电阻的2脚相连。

通过旋转102可调电阻的螺钉，即可调节2脚的分压，使358运算放大器的同相脚和反相脚获得设定的电压，然后使用万用表测量并观察358运算放大器的输出端电压。

经过实测，得出以下实验结果：当反相脚电压大于同相脚电压时，OUT脚的实测电压为-0.40V左右（可认为此时的输出脚在芯片内部接地）。当同相脚电压大于反相脚电压时，OUT脚的实测电压如表3-5所示。

可见，当运算放大器正常工作（VCC+脚大于2.7V）时，若其OUT脚输出高电平，则OUT脚的高电平应大于二分之一VCC+脚的电平。

上述实验说明了以下事实：运算放大器输出的高电平是与运算放大器VCC+脚具体电压值有关的。

运算放大器作为一种基本元件，广泛地运用在各种电路中（台式计算机主板、笔记本电脑主板、充电器）。有台式计算机主板、笔记本电脑主板、充电器维修经验的读者可能会发现，在维修台式计算机主板、笔记本电脑主板、充电器时，我们基本上没有必要去关心运算放大器供电的具体电压。

但是，在ATX电源中则有很大的不同。在最常见的494+339架构的ATX电源中，339运算放大器的3脚VCC是来自于494的14脚REF提供的5V精密稳压供电的，这最起码能提醒我们电源的设计者希望393运行在一个稳定的环境中，设计者希望当393在输出高电平时，其具体的电压值更为明确。

494的14脚REF（REFerence）是“参考”之意。所谓的“参考”就是一把尺子，它给出了比较的原点。

3.7.3 作为门使用的运算放大器

下面介绍运算放大器与门的关系。这部分内容的难度较大，却是我们理解339运算放大器在ATX电源中应用的关键，请读者给予足够的重视。

运算放大器可作为跟随门使用，如图3-54所示。

如果我们将运算放大器的反相脚接至一个大小确定的稳定电压上，如3.3V，那么应分析该运算放大器同相脚输入的电平与运算放大器输出脚输出的电平之间的关系。

当同相脚输入的电压小于3.3V时，运算放大器因同相脚电压小于反相脚电压而在其输出脚输出低电平（实际上是在运算放大器内部拉低到地）；当同相脚输入的电压大于3.3V时，运算放大器因同相脚电压大于反相脚电压而在其输出脚输出高电平（实际上是在运算放大器内部拉高到P供电）。即高进高出，低进低出。

此时的运算放大器就是一个跟随门，而且是一个门槛电压明确的门（反相脚所接大小确定的稳定电压值）。

同理，运算放大器可作为非门使用，如图3-55所示。其分析过程不再赘述。

在对实物ATX电源中的运算放大器进行跑线实践时，一定要先明确每一路运算放大器的同相端接固定的门槛电压，还是反相端接固定的门槛电压。其目的是明确该路运算放大器到底是被当作一个高进高出、低进低出的跟随门来使用，还是被当作一个低进高出、高进低出的非门来使用。以此来作为我们继续分析后续电路的基础。