電路小課堂，結(jié)合實際聊一聊使用運放做比較器的例子... by 矜辰所致

前言

最近做了一個小項目，因為一個比較器缺貨，出了點小問題，花了點時間最后使用了一個運放臨時代替了比較器，把問題解決了。

因為這個問題，讓我想起以前做過使用運放代替比較器的例子，然后想著本期的電路小課堂，就來簡單聊聊如何使用運放當比較器 以及 需要注意的事情。

一、運放和比較器

原理應(yīng)用說明之類的那些東西屬于基礎(chǔ)問題，不是本文的重點，我們以簡單的方式說明。

1.1 簡介

比較器：

先說簡單的比較器，實在不想畫圖，把以前的筆記貼出來= =！ 湊合著看看吧：

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

電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器。

運算放大器：

運算放大器相對來說比 電壓比較器復(fù)雜得多，如果有時間，我寫過一篇簡單的文章帶大家理解運放。大家可以參考文章：

帶你理解運算放大器

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

運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，所以在實際應(yīng)用中可以作為低性能比較器使用。

要把運放當比較器使用，那么運算放大器是以開環(huán)回路的方式工作的。

實際上最常用的運放電路都是閉環(huán)電路。

什么是開環(huán)閉環(huán)？

開環(huán)電路是不接入反饋的電路，輸出端不會影響到輸入端。

閉環(huán)電路是接入反饋的電路，也就是輸出端會影響到輸入端。

那么對運放來說，接入反饋電阻是閉環(huán)電路，不接入是開環(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☆

要合理的把運放當做比較器來使用，它們的輸出端 Vout 需要特別的注意。

運算放大器的輸出一般是推挽比較多，而比較器的輸出開漏（開集）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；

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

所以，在選擇運放或者比較器的時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。

我們找個比較器來舉個例子，比如 TI 的 LMV723X，我沒用過，實際只是為了寫文章再網(wǎng)上搜索的，在其文檔中有型號和輸出的說明：

對于開漏輸出：

我們在使用的時候，電路一般會采用如下形式：

對于推挽輸出：

我們在使用的時候，輸出端可以不加上下拉電阻（在某些時候可以加個二極管，比如比較器輸出并聯(lián)的時候）：

那么我們在使用運放替代比較器的時候，先要查看電路當初的設(shè)計是開漏輸出還是推挽輸出，如果是推挽輸出可以直接替換，如果是開漏輸出，是需要經(jīng)過一定的處理的。

1.3 運放當做比較器注意事項

這里借用一下百度百科的說明，實踐中，與使用專用比較器相比使用運放比較器有以下缺點：

• 響應(yīng)速度比真實比較器慢，運放被設(shè)計為工作在有負反饋的線性段，因此飽和的運放一般有較慢的翻轉(zhuǎn)速度。大多數(shù)運放中都帶有一個用于限制高頻信號下壓擺率的補償電容。這使得運放比較器一般存在微秒級的傳播延遲，與之相比專用比較器的翻轉(zhuǎn)速度在納秒量級。
• 運放沒有內(nèi)置遲滯電路，需要專門的外部網(wǎng)絡(luò)以延遲輸入信號。
• 運放的靜態(tài)工作點電流只有在負反饋條件下保持穩(wěn)定。當輸入電壓不等時將出現(xiàn)直流偏置。
• 比較器的作用為數(shù)字電路產(chǎn)生輸入信號，使用運放比較器時需要考慮與數(shù)字電路接口的兼容性。
• 多節(jié)運放的不同頻率間可能產(chǎn)生干擾。
• 許多運放的輸入端有反向串聯(lián)的二極管。運放兩極的輸入一般是相同的，這不會造成問題。但比較器的兩極需要接入不同的電壓，這就可能導致意想不到的二極管的擊穿。

實際上，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，其他問題都不算是問題。

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

二、電路記錄

上面說了那么多，簡單使用幾個方案例子說明，也同時作為我自己的方案記錄，因為涉及到一些問題，所以我把電路中的阻容大小都處理掉了，但是對于原理和知識的說明并不受影響。

2.1 一個得意的方案替換

我們來看一個電路：

電路中使用了2個比較器，2個運放，最后通過比較器的輸出直接連接 MCU 的IO口：

在上圖中也說到過，因為 LPV521 和 MAX920 這兩顆物料又貴又缺料，所以產(chǎn)品得升級，最后使用了一個便宜的 4路 運放直接替代了上面的方案：

結(jié)合上面文章的分析，再通過上面這個電路就已經(jīng)可以說明很多問題了，

2.2 一些細節(jié)的再次說明

上面方案是前些年完成的，最近在做一個更簡單的方案的時候，也沒多想，直接就畫了下面這個圖，是的，還是同樣的芯片，電路更簡單了：

但是設(shè)計的時候沒想太多，直接設(shè)計成如下方式：

使用了一個微功耗比較器 RS8901XF ，測試什么的都正常，做小批量樣品的時候，因為 RS8901XF 缺貨，所以選用了另外一個信號的比較器，發(fā)現(xiàn)就出問題了。

原因就是沒有注意后來選用的比較器的輸出，如果是開漏輸出那么這個電路是不能使用的。最后使用了一個運放替換 COP1 ，樣品就測試正常！

現(xiàn)在想想，這個方案不應(yīng)該這么設(shè)計，直接使用標準的比較器，也不需要二極管，只使用一個上拉電阻 R4 ，直接把比較器的輸出接到 MCU 對應(yīng)的 IO 口才是最簡潔的辦法?。。?/p>

當然上圖中的二極管也有點多余的樣子，第一種方案是因為2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

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

現(xiàn)在回頭來看，一般情況下，如果可以，運放還是做運放，比較器還是選專門的比較器。但是在某些時候，比如我上面記錄中的第一個方案，把運放當成比較器，也是個不錯的選擇。

☆ 當然，雖然我說過一般情況一般產(chǎn)品問題不大，但是還是要多測試，電路設(shè)計，除了理論知識，實踐必不可少！！☆

好了，本文就到這里，謝謝大家！

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審核編輯 黃宇