如何使用運(yùn)放當(dāng)做比較器 有哪些注意事項(xiàng)

電路小課堂，結(jié)合實(shí)際聊一聊使用運(yùn)放做比較器的例子...

前言

一、運(yùn)放和比較器

1.1 簡(jiǎn)介

1.2 ☆輸出端☆

1.3 運(yùn)放當(dāng)做比較器注意事項(xiàng)

二、電路記錄

2.1 一個(gè)得意的方案替換

2.2 一些細(xì)節(jié)的再次說(shuō)明

結(jié)語(yǔ)

前言

最近做了一個(gè)小項(xiàng)目，因?yàn)橐粋€(gè)比較器缺貨，出了點(diǎn)小問(wèn)題，花了點(diǎn)時(shí)間最后使用了一個(gè)運(yùn)放臨時(shí)代替了比較器，把問(wèn)題解決了。

因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題，讓我想起以前做過(guò)使用運(yùn)放代替比較器的例子，然后想著本期的電路小課堂，就來(lái)簡(jiǎn)單聊聊如何使用運(yùn)放當(dāng)比較器以及需要注意的事情。

一、運(yùn)放和比較器

原理應(yīng)用說(shuō)明之類的那些東西屬于基礎(chǔ)問(wèn)題，不是本文的重點(diǎn)，我們以簡(jiǎn)單的方式說(shuō)明。

1.1 簡(jiǎn)介

比較器：

先說(shuō)簡(jiǎn)單的比較器，實(shí)在不想畫圖，把以前的筆記貼出來(lái)= =!湊合著看看吧：

在這里插入圖片描述

可以看出來(lái)，比較器的作用就是比較 兩個(gè)輸入端的電壓高低，在電路中比較兩個(gè)電壓的一般的電路應(yīng)用為(我們這里還沒(méi)有講到輸出端，后面文章會(huì)說(shuō)么，這只是示意圖)：

在這里插入圖片描述

電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。

運(yùn)算放大器：

運(yùn)算放大器相對(duì)來(lái)說(shuō)比 電壓比較器復(fù)雜得多，如果有時(shí)間，我會(huì)單獨(dú)的開(kāi)一片文章來(lái)說(shuō)明。本文不做過(guò)多的基本介紹。

運(yùn)算放大器是一個(gè)內(nèi)含多級(jí)放大電路的電子集成電路，其輸入級(jí)是差分放大電路，具有高輸入電阻和抑制零點(diǎn)漂移能力;中間級(jí)主要進(jìn)行電壓放大，具有高電壓放大倍數(shù)，一般由共射極放大電路構(gòu)成;輸出極與負(fù)載相連，具有帶載能力強(qiáng)、低輸出電阻特點(diǎn)。

運(yùn)算放大器采用差分輸入，而且具有較高增益，這與比較器的特性相似，所以在實(shí)際應(yīng)用中可以作為低性能比較器使用。

要把運(yùn)放當(dāng)比較器使用，那么運(yùn)算放大器是以開(kāi)環(huán)回路的方式工作的。

實(shí)際上最常用的運(yùn)放電路都是閉環(huán)電路。

什么是開(kāi)環(huán)閉環(huán)?

開(kāi)環(huán)電路是不接入反饋的電路，輸出端不會(huì)影響到輸入端。 閉環(huán)電路是接入反饋的電路，也就是輸出端會(huì)影響到輸入端。 那么對(duì)運(yùn)放來(lái)說(shuō)，接入反饋電阻是閉環(huán)電路，不接入是開(kāi)環(huán)電路。

我們上面已經(jīng)畫了比較器的應(yīng)用電路示意，對(duì)于比較器而言，他常用的基本電路為閉環(huán)的反饋電路，如下圖：

1.2 ☆輸出端☆

要合理的把運(yùn)放當(dāng)做比較器來(lái)使用，它們的輸出端 Vout 需要特別的注意。

運(yùn)算放大器的輸出一般是推挽比較多，而比較器的輸出開(kāi)漏(開(kāi)集)比較多，現(xiàn)在也有很多推挽輸出的。

推挽輸出，可以很容易的輸出高低電平;

開(kāi)漏(OC/OD門)輸出最主要的特性就是高電平?jīng)]有驅(qū)動(dòng)能力，需要借助外部上拉電阻才能真正輸出高電平。

所以，在選擇運(yùn)放或者比較器的時(shí)候要注意它們的輸出是何種輸出方式，不同的輸出方式電路的使用也不相同。

我們找個(gè)比較器來(lái)舉個(gè)例子，比如 TI 的 LMV723X，我沒(méi)用過(guò)，實(shí)際只是為了寫文章再網(wǎng)上搜索的，在其文檔中有型號(hào)和輸出的說(shuō)明：

對(duì)于開(kāi)漏輸出：

我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候，電路一般會(huì)采用如下形式：

對(duì)于推挽輸出：

我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候，輸出端可以不加上下拉電阻(在某些時(shí)候可以加個(gè)二極管，比如比較器輸出并聯(lián)的時(shí)候)：

那么我們?cè)谑褂眠\(yùn)放替代比較器的時(shí)候，先要查看電路當(dāng)初的設(shè)計(jì)是開(kāi)漏輸出還是推挽輸出，如果是推挽輸出可以直接替換，如果是開(kāi)漏輸出，是需要經(jīng)過(guò)一定的處理的。

1.3 運(yùn)放當(dāng)做比較器注意事項(xiàng)

這里借用一下百度百科的說(shuō)明，實(shí)踐中，與使用專用比較器相比使用運(yùn)放比較器有以下缺點(diǎn)：

響應(yīng)速度比真實(shí)比較器慢，運(yùn)放被設(shè)計(jì)為工作在有負(fù)反饋的線性段，因此飽和的運(yùn)放一般有較慢的翻轉(zhuǎn)速度。大多數(shù)運(yùn)放中都帶有一個(gè)用于限制高頻信號(hào)下壓擺率的補(bǔ)償電容。這使得運(yùn)放比較器一般存在微秒級(jí)的傳播延遲，與之相比專用比較器的翻轉(zhuǎn)速度在納秒量級(jí)。

運(yùn)放沒(méi)有內(nèi)置遲滯電路，需要專門的外部網(wǎng)絡(luò)以延遲輸入信號(hào)。

運(yùn)放的靜態(tài)工作點(diǎn)電流只有在負(fù)反饋條件下保持穩(wěn)定。當(dāng)輸入電壓不等時(shí)將出現(xiàn)直流偏置。

比較器的作用為數(shù)字電路產(chǎn)生輸入信號(hào)，使用運(yùn)放比較器時(shí)需要考慮與數(shù)字電路接口的兼容性。

多節(jié)運(yùn)放的不同頻率間可能產(chǎn)生干擾。

許多運(yùn)放的輸入端有反向串聯(lián)的二極管。運(yùn)放兩極的輸入一般是相同的，這不會(huì)造成問(wèn)題。但比較器的兩極需要接入不同的電壓，這就可能導(dǎo)致意想不到的二極管的擊穿。

實(shí)際上，如果做一些普通的民用傳感器，除了要注意輸出電路的處理，其他問(wèn)題都不算是問(wèn)題。

至少博主所在的一些民用傳感器領(lǐng)域，一些產(chǎn)品案例還沒(méi)有說(shuō)出現(xiàn)什么問(wèn)題的。

二、電路記錄

上面說(shuō)了那么多，簡(jiǎn)單使用幾個(gè)方案例子說(shuō)明，也同時(shí)作為我自己的方案記錄，因?yàn)樯婕暗揭恍﹩?wèn)題，所以我把電路中的阻容大小都處理掉了，但是對(duì)于原理和知識(shí)的說(shuō)明并不受影響。

2.1 一個(gè)得意的方案替換

我們來(lái)看一個(gè)電路：

電路中使用了2個(gè)比較器，2個(gè)運(yùn)放，最后通過(guò)比較器的輸出直接連接 MCU 的IO口：

在這里插入圖片描述

在上圖中也說(shuō)到過(guò)，因?yàn)?LPV521 和 MAX920 這兩顆物料又貴又缺料，所以產(chǎn)品得升級(jí)，最后使用了一個(gè)便宜的 4路 運(yùn)放直接替代了上面的方案：

結(jié)合上面文章的分析，再通過(guò)上面這個(gè)電路就已經(jīng)可以說(shuō)明很多問(wèn)題了，

2.2 一些細(xì)節(jié)的再次說(shuō)明

上面方案是前些年完成的，最近在做一個(gè)更簡(jiǎn)單的方案的時(shí)候，也沒(méi)多想，直接就畫了下面這個(gè)圖，是的，還是同樣的芯片，電路更簡(jiǎn)單了：

但是設(shè)計(jì)的時(shí)候沒(méi)想太多，直接設(shè)計(jì)成如下方式：

使用了一個(gè)微功耗比較器 RS8901XF ，測(cè)試什么的都正常，做小批量樣品的時(shí)候，因?yàn)?RS8901XF 缺貨，所以選用了另外一個(gè)信號(hào)的比較器，發(fā)現(xiàn)就出問(wèn)題了。

原因就是沒(méi)有注意后來(lái)選用的比較器的輸出，如果是開(kāi)漏輸出那么這個(gè)電路是不能使用的。最后使用了一個(gè)運(yùn)放替換 COP1 ，樣品就測(cè)試正常!

現(xiàn)在想想，這個(gè)方案不應(yīng)該這么設(shè)計(jì)，直接使用標(biāo)準(zhǔn)的比較器，也不需要二極管，只使用一個(gè)上拉電阻 R4 ，直接把比較器的輸出接到 MCU 對(duì)應(yīng)的 IO 口才是最簡(jiǎn)潔的辦法!!!

當(dāng)然上圖中的二極管也有點(diǎn)多余的樣子，第一種方案是因?yàn)?路輸出并聯(lián)，必須得需要二極管，而這里單路輸出，是可以不需要二極管的!

結(jié)語(yǔ)

好了，本文主要是為了說(shuō)明一下博主自己曾經(jīng)使用運(yùn)放做比較器的實(shí)際案例。

現(xiàn)在回頭來(lái)看，一般情況下，如果可以，運(yùn)放還是做運(yùn)放，比較器還是選專門的比較器。但是在某些時(shí)候，比如我上面記錄中的第一個(gè)方案，把運(yùn)放當(dāng)成比較器，也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

審核編輯：湯梓紅