运放用作比较器电路

运放是可以用作比较器的，在一些低速场合，只不过有些书搞的太夸张，为了引入迟滞比较器，把这种比较器当成洪水猛兽了。








想发生上图所示情形，运放的增益几乎是无穷大才会发生。
对于741放大器，噪声幅度起码是30mV_P-P才能跳转。

运放用做比较器的设计与测试






对应的原理图：





VIN=0时，输出=？






可见输出是负饱和，电源电压是+-12V，饱和电压为10V左右。

手册上提供的失调电压最大值是6mV:





这个时候，我调节信号源的偏置，既然是负饱和，我让VIN的偏置从0开始，向负方向调动。

当跳到-7mV还是负饱和，-8mV是正饱和了：








可见，运放的失调电压是7mV左右。



同时提取到两个设计参数，正饱和电压+Vsat=11V,负饱和电压-Vsat=-10V

然后输入幅度为4V的正弦波：





输出在正负饱和电压之间切换，而且这个切换是需要时间的，受限于运放的压摆率参数：

把输入频率提高，这个效果就更明显了，例如提高到10Khz:







上升速率最快是210kV/s，相当于0.2V/us，劣于手册中的典型值1V/us，这个需要考虑到示波器探头的13pF输入电容。


提取到一个参数：输入频率最快1kHz左右，随着频率上升，运放输出开始跟不上输入的变化，10k输出是典型的梯形波，20kHz变成三角波。

提取到这几个参数，就可以设计基于运放的比较器了。

设计指标为：

1，输入电压
2，输入频率
3，负载阻抗
4，输入阻抗
5，最小输出电压



核心与重点，当然是选择合适的运放！

1，最小输入阻抗





习惯于分析闭环放大器，看这个电路会误以为输入阻抗=0，实际上没有闭环，这个电路的输入阻抗其实是运放的差分输入电阻，查手册是数百kΩ！


2，最小输入阻抗决定了最大输入电流，等于Vin/数百kΩ！

3，输出电压电压
电源为12V时，+Vsat=11V，-Vsat=-10V


关于运放的选择，根据设计指标给定的输入电压范围，输出电压范围，查看手册下面两项：



另外运放设计时是优化直流和交流的稳态性能的，一般都是设计成无需外部补偿电容的，所以尽管现在运放是开环工作，但内部的米勒补偿电容反而拖后腿了。
所以要重点考虑运放的速度问题。
1，运放的压摆率限制了输出变化最快速率，所以要看实际应用能接受的变化速率是多少，有针对性地选择运放的SR！

一般经验数据是：运放输出上升时间和下降时间，不能高于输入信号交替时间的10%！根据具体要求可以适当放宽或加紧。

根据上面波形，这个交替时间明显是这个信号周期的一半！所以如果输入信号是10kHz，对应的周期是100uS，于是交替时间是一半即50uS.
根据10%原则，上升时间和下降时间最大值5uS!

上升时间和下降时间的最大值，决定了运放的最小压摆率，即所选的运放SR最小值=（+Vsat-(-Vsat)）/5uS=21/5=4.2V/uS
而741的压摆率仅仅是1V/us，所以扛不住10kHz输入信号变化速度，到20K时输出变成了三角波：

什么型号的示波器，看起来很高级

对于低速信号，过零比较，压摆率小点应该可以稍微抑制一下过零点抖动吧？

有个实际电路，使用LM1458作为比较器，以前一直没有问题，最近生产的一个批次的发现输出信号上升沿和下降沿有抖动，可能是什么原因？图中下方曲线为LM1458输出的上升沿波形。

后来测试发现，在输入端存在高频噪声，过零比较时，波形不够陡峭，导致高频信号放大，引起输出的上升沿不单调。

king5555 发表于 2021-12-19 12:19
@NK6108  x大的比较器不需迟滯，你怎么看:

那是 理想事物的 悖论，
同一个转捩点 不能同时代表两种种(及以上的)状态 ！