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運算放大器和比較器的使用區別

很多時候,為使用方便。會把運放放大器直接當成比較器使用。但是兩者是有區別的,尤其是運算放大器在穩定工作的時候,是需要進行的相位補償,比如下圖運放OP內部的C2,就是米勒電容,保證運放的穩定工作。此時將運放用作比較器,其速度就會比較低。

但是比較器LM2903的內部框圖,顯示是不需要進行頻率補償的米勒電容,而且一般輸出是集電極開路,在應用的時候需要外部上拉。

所以專門的比較器是翻轉速度就比較快,在對速度要求不高的場合,一般的運放也是可以滿足要求的。

開關速度倒不是制約運放當作比較器使用的主要原因,通過對OP07和LM2903的內部框圖,可以發現,運放和比較器在輸入端口的保護是有區別的。運放在同相端和反向端增加了二極管鉗位保護

一般都使用背靠背二極管或者使用兩個以上更多的串聯二極管,這些二極管可以保護輸入晶體管免受基級結點反向擊穿的損害。再者運放大部分是工作在負反饋的模式,同相和反相是“虛短”,因此同相和反相端的壓差是0V,就根本無法開啟這些保護二極管。

但是將運放當成比較器使用,運放就是開環使用,同相和反相就不再是“虛短”,此時保護二極管的存在便成了問題,在同相電壓大于反相電壓0.7V以上,差動電壓范圍就受限,此時電路就不能正常工作。

所以在將運放當作比較器的使用,盡量查看運放的內部框圖。大多數低壓CMOS運算放大器是不使用鉗位二極管,高壓的CMOS放大器,就很可能有鉗位。

即使是專門的比較器,也需要關注電源上電瞬間,比較器的同相和反相端都是從0變化為1的過程,當同相和反相端都是0電平的時候,輸出就可能出現短時間的毛刺電壓。

下圖使用LM2903做一個比較器的仿真,在同相反相端同時上電的時候,輸出有幾十ns的高電平時間,如果后級電路敏感,該毛刺電壓很可能造成誤觸發的。

 

隨后進一步仿真,提前將比較器同相和反相端的電位固定住,避免同相和反相端電壓形同的情況出現,然后再將比較器的電源電壓給出。

仿真結果表明,在比較器電源電壓上電的瞬間,輸出端依然出現毛刺電壓。和同相端反相端電平是否相等沒有關系。

當然這僅僅是仿真模型給出的結果,實際電路是否會存在,還需要實測的。使用3peak的一顆運放做了實際測試,輸出電壓給運放芯片供電的瞬間,輸出并沒有出現毛刺電壓。

這有可能是直流電源的輸出電壓的斜率很緩慢造成的。

盡管仿真模型和實測結果有區別,但在使用比較器電路的時候,依然可以在輸出增加一些濾波電路,消除潛在的毛刺電壓。避免后級電壓誤觸發的故障發生的。

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Ksina
LV.1
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04-03 17:34

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