运放用作比较器电路

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 楼主 | 2019-3-13 20:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

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。






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 楼主 | 2019-3-14 10:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-14 10:20 编辑

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





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 楼主 | 2019-3-14 10:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-14 10:37 编辑

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:












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 楼主 | 2019-3-14 10:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-14 10:47 编辑

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。




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 楼主 | 2019-3-14 10:50 | 显示全部楼层

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!



评论

大大大电阻 2019-3-16 11:56 回复TA
比较器用做放大器呢 
 楼主 | 2019-3-14 10:57 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-3-14 11:17 编辑

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:









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| 2019-3-17 01:29 | 显示全部楼层
什么型号的示波器,看起来很高级
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