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為什么不建議運算放大器當做比較器?

發布人:yingjian 時間:2023-09-08 來源:工程師 發布文章

比較器是被設計用在開環系統,運算放大器是被設計用于閉環系統,所以從系統設計的魯棒性上來看,切勿將運算放大器用作比較器。

然而,實際在硬件設計時,將運算放大器當作比較器使用確實非常吸引人,也非常多見,下面來簡要討論下這樣用可能產生的意外后果,以及其中原因還有注意事項。

為什么工程師經常要將運算放大器當比較器使用?

便捷,經濟?。?!

在設計電路時候,常會用到2路或者4路的運算放大器,但往往會有多余的通道未使用,工程師習慣性的就會把這個未使用的通道當比較來使用,又便捷,又省成本。

為什么不要將運算放大器用作比較器?

1. 速度

多數比較器的速度都非???,然而將運放用作比較器時會造成低速度。比較器設計用于大差分輸入電壓,而運算放大器一般用于驅動閉環系統,在負反饋的作用下,其輸入電壓差降至非常低。當運算放大器過載時,有時僅幾毫伏也可能導致過載,Vo=Aol×(IN+-IN-),其中有些放大級可能發生飽和。這種情況下,器件需要相對較長的時間從飽和中恢復,所以,如果運放發生飽和,其速度將慢得多。

過載運算放大器的飽和恢復時間很可能遠遠超過正常群延遲(實際指信號從輸入端到達輸出端的時間),并且通常取決于過載量。通常,很少有運算放大器標注從不同程度過載狀態恢復所需要的時間。如下圖所示,overload recovery time只標注單一條件下的時間(0.7us)。

圖片


所以對于速度有要求的電路設計,需要特別關注這個指標,并通過實驗的方式驗證不同過載的退飽和時間,且需要給出足夠的冗余。

2. 輸入結構的限制

下圖所示,是常見用于運算放大器輸入端的保護二極管結構,對于這種結構,其能支持的差分電壓低于±0.7V,即只有在差分電壓在這個范圍以內,運算放大器才表現出較高的輸入阻抗,當差分電壓超過這個范圍,保護二極管開始導通,差分輸入阻抗快速下降,同時因為該二極管往往過電流能力都比較小,長時間導通會損壞器件。


圖片


所以,對于把運算放大器當作比較器的時候,需要注意該運放的差分輸入電壓能夠支持的范圍是否滿足系統設計的要求。

3. 相位翻轉

很多運算放大器的輸入共模電壓并不是到軌的,一旦輸入超過規格允許的共模電壓范圍,則輸出會發生不可預測的情況,例如相位翻轉。所以,對于把運算放大器當作比較器的時候,需要注意該運放的共模輸入電壓是否可以覆蓋設計比較電路所需要的范圍。

4. 不穩定

運算放大器用于比較器的時候是沒有負反饋的,整個系統工作在開環模式下,且由于運放的開環增益非常高,任何輸入的階躍均會有可能導致振蕩(少量的正反饋會很容易由于非常高的開環增益引起輸出自激振蕩。)。

總而言之,作為優秀的模擬工程師的我們,為了更擁有更強的系統魯棒性,切勿將運算放大器用作比較器。

但江湖不僅僅只有魯棒性,還有人情世故(成本、器件使用飽滿度),一旦我們因為人情世故而選擇用運算放大器當作比較器的時候,必須基于以上要點了解相關知識以確保所選運算放大器能達到要求的性能。


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關鍵詞: 放大器

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