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为什么将运算放大器用作比较器时会造成低速度呢?

亚德诺半导体 2019-12-13 15:24 次阅读

比较器是一种带有反相和同相两个输入端以及一个输出端的器件,该输出端的输出电压范围一般在供电的轨到轨之间。运算放大器同样如此。乍看似乎可以互换,实际上,两者之间还是存在一些重要差异……

比较器用于开环系统,旨在从其输出端驱动逻辑电路,以及在高速条件下工作,通常比较稳定。

运算放大器过驱时可能会饱和,使得恢复速度相对较慢。施加较大差分电压时,很多运算放大器的输入级都会出现异常表现,实际上,运算放大器的差分输入电压范围通常存在限制。运算放大器输出也很少兼容逻辑电路。

但是仍有很多人试图将运算放大器用作比较器。这种做法在低速和低分辨率时或许可行,但是大多数情况下结果并不理想。今天小编就给大家说说这“结果并不理想”的原因~

1 速度不同

大多数比较器速度都很快,不过很多运算放大器速度也很快。为什么将运算放大器用作比较器时会造成低速度呢?

比较器用于大差分输入电压,而运算放大器工作时,差分输入电压一般会在负反馈的作用下降至最低。当运算放大器过驱时,有时仅几毫伏也可能导致过载,其中有些放大级可能发生饱和。这种情况下,器件需要相对较长的时间从饱和中恢复,因此,如果发生饱和,其速度将比始终不饱和时慢得多(参见图1)。

图1:放大器用作比较器时的放大器速度饱和效应

过驱运算放大器的饱和恢复时间很可能远远超过放大器的正常群延迟,并且通常取决于过驱量。由于仅有少数运算放大器明确规定从不同程度过驱状态恢复所需的时间,因此,一般说来,有必要根据特定应用的具体过驱情况,通过实验确定放大器的特性。

对这类实验的结果应持谨慎态度,通过比较器(运算放大器)的传播延迟值(用于最差条件下的设计计算)应至少为所有实验中最差值的两倍。

2 输出作用不同

比较器的输出端用于驱动特定逻辑电路系列,运算放大器的输出端则用于在供电轨之间摆动。

通常,运算放大器比较器驱动的逻辑电路不会共用运算放大器的电源,运算放大器轨到轨摆动可能会超出逻辑供电轨,很可能会破坏逻辑电路,引起短路后还可能会破坏运算放大器。

有三种逻辑电路必须考虑,即ECL、TTL和CMOS——

ECL是一种极快的电流导引逻辑系列。基于上述原因,当应用中涉及ECL的最高速度时,运算放大器不太可能会用作比较器,因此,通常只需注意从运算放大器的信号摆幅驱动 ECL逻辑电平,因杂散电容造成的额外速度损失并不重要。只需采用三个电阻即可,如图 2所示。

图2:驱动ECL逻辑电路的运算放大器比较器

图中选用了R1、R2和R3,当运算放大器输出为正值时,栅级电平为–0.8 V,当输出较低 时,栅级电平为–1.6 V。ECL有时候采用正电源而不是负电源(即另外一个供电轨接地),采用的基本接口电路相同,但是数值必须重新计算。

虽然CMOS和TTL输入结构、逻辑电平和电流差别很大(尽管有些CMOS明确规定可以采用 TTL输入电平工作),但由于这两种逻辑电路都在逻辑0(接近0 V)和逻辑1(接近5 V)时工作,因此非常适合采用相同的接口电路。

图3:驱动TTL或CMOS逻辑电路的运算放大器比较器

最简单的接口采用单个N沟道MOS晶体管和一个上拉电阻RL,如图3所示。用NPN晶体管、RL ,外加一个晶体管和二极管也可以组成类似的电路。这些电路简单、廉价且可靠,还可以连接多个并联晶体管和一个RL ,实现“线或”功能,但是0-1转换的速度取决于RL 值和输出节点的杂散电容。RL 值越低,速度越快,但是功耗也会随之增加。通过采用两个 MOS器件、一个P沟道和一个N沟道,可以组成一个只需两个器件的CMOS/TTL接口,每种状态下都没有静态功耗(参见图4)。

图4:内置CMOS驱动器的运算放大器比较器

此外,只需改变器件的位置,就可以设置成反相或同相。但是,当两个器件同时打开时,开关过程中势必会产生较大的浪涌电流,除非采用集成高通道电阻的MOS器件,否则就可能需要使用限流电阻来减小浪涌电流的影响。该图和图3中的应用所采用的MOS器件栅源击穿电压VBGS在每个方向都必须大于比较器的输出电压。MOS器件中常见的栅源击穿电压值VBGS > ±25 V,这一数值通常绰绰有余,但是很多MOS器件内置栅级保护二极管,会减小这一数值,所以这些器件不应采用。

3 输入考虑因素

对于用作比较器的运算放大器,还需考虑与其输入相关的多种影响因素。工程师对所有运算放大器和比较器做出的第一级假设是:它们具有无穷大的输入阻抗,并且可视为开路(电流反馈(跨导)运算放大器除外,这种运算放大器同相输入端具有高阻抗,但反相输入端只有几十欧姆的低阻抗)。

但是很多运算放大器(尤其是偏置补偿型运算放大器,如OP-07及其很多后继产品)都内置保护电路,以防止大电压损坏输入器件。

其它运算放大器则内置更复杂的输入电路,在施加的差分电压小于几十毫伏时只具有高阻抗,或者在差分电压大于几十伏时可能会损坏。因此,将运算放大器用作比较器时,如果施加大差分电压,必须仔细研究数据手册,才能确定输入电路的工作方式。(采用集成电路时,务必研究数据手册,确保其非理想特性(每个集成电路都存在一些非理想特性)兼容推荐的应用——本文中这点尤为重要。)图5所示为内置防止大差分电压输入二极管的运算放大器。

图5:具有保护功能的运算放大器输入结构

当然,有一些比较器应用不存在大差分电压,即使存在,比较器输入阻抗相对而言也不太重要。这种情况适合将运算放大器用作比较器,其输入电路表现为非线性,但是涉及的问题必须考虑,不能忽视。

对BIFET运算放大器而言,如果其输入接近其中一个电源(通常为负电源),几乎都会表现异常。其反相和同相输入可以互换。如果运算放大器用作比较器时发生这种情况,涉及的系统相位将会反转,造成极大不便。要解决这一问题,还是必须仔细阅读数据手册,确定合适的共模范围。

而且,没有负反馈意味着与运算放大器电路不同,输入阻抗不必乘以开环增益。因此,输入电流会随着比较器开关而变化。因此,驱动阻抗和寄生反馈对影响电路稳定性起着重要作用。负反馈往往会使放大器保持在线性区域内,正反馈则会使其饱和。

最后的建议运算放大器设计的目的不是用作比较器,因此,不太建议这种做法。尽管如此,在某些应用中,将运算放大器用作比较器却是正确的设计决策,关键是要慎重考虑后再做出决策,并确保所选运算放大器能达到预期的性能。因此,必须仔细阅读数据手册,认真考虑非理想运算放大器性能的影响,并计算出运算放大器参数对应用的影响。由于运算放大器以非标准方式使用,可能还必须进行某些实验——实验所用的放大器不一定具有典型性,因此,解读实验结果时不宜过于乐观。

原文标题:一文厘清运算放大器与比较器的异同

文章出处:【微信号:analog_devices,微信公众号:亚德诺半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NCV565 LDO稳压器 1.5 A 超低Iq 高PSRR 低噪声

NCV553 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

列固定输出NOCAP™线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.8μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP552系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 这些线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器。这些器件能够在没有输出电容的情况下工作。这些器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低典型值为2.8μA的静态电流 低输出电压选项 输出电压准确度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C NCP552提供启用引脚 无铅封装可用* 应用 电池供电的消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 17:02 61次 阅读
NCV553 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

NCV551 LDO稳压器 150 mA 超低压差 超低Iq

系列固定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的应用而设计。 NCP551系列具有4.0μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP551设计用于低成本陶瓷电容器需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.4,1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为4.0μA的低静态电流 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 通讯设备 消费者 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 17:02 78次 阅读
NCV551 LDO稳压器 150 mA 超低压差 超低Iq

NCV612 LDO稳压器 100 mA 低压差 低Iq

低静态电流低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCV612系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCV612设计用于低成本陶瓷电容。该器件采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V. 特性 40μA典型的低静态电流 80 mA时250 mV的低压差电压 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% NCP系列温度范围-40°C至85°C NCV系列温度范围-40°C至125°C 应用 手机 电池供电的消费品 HandHeld Instruments 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 15:02 81次 阅读
NCV612 LDO稳压器 100 mA 低压差 低Iq

NCV662 LDO稳压器 100 mA 超低Iq

系列低静态电流低压降(LDO)线性稳压器最初设计用于手持通信设备和便携式电池供电应用,可用于需要超低静态电流的汽车应用。它应该用作后置调节器件,因为该产品不能防止汽车电池工作所固有的高输入瞬态电压。 该系列具有2.5μA的超低静态电流以及一个使能引脚允许将电流消耗降低至典型值0.1μA。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻器,以及电流限制和温度限制电路等保护功能。 NCV662 LDO线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。提供无铅电镀选项。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V. 特性 超低静态电流2.5 uA典型值 低输出电压选项低至1.5V,输出电压精度为+/- 2% 温度范围-40C至125C 启用引脚 集成保护电流限制热关机 应用 终端产品 汽车 信息娱乐:汽车,卫星广播导航系统 Body Electronic 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 15:02 60次 阅读
NCV662 LDO稳压器 100 mA 超低Iq

NCV4263-2C LDO稳压器 200 mA 高PSRR

3-2C是一款200 mA LDO稳压器,集成了复位看门狗功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV4263-2C可用于恶劣的汽车环境。 Enable功能可用于将静态电流降至最大10 A. NCV4263-2C包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。稳压器还提供看门狗,复位功能,可调节阈值和可调节的上电复位延迟时间。 特性 优势 启用功能 满足最大模块点火关闭静态电流10μA 直接更换for TLE4263 GM 没有重新设计布局 使用可调节阈值重置可调节上电延迟TimeWatchdog功能 能够为最新的μpro供电,更具设计灵活性 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和集群 乘员保护与舒适 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 14:02 142次 阅读
NCV4263-2C LDO稳压器 200 mA 高PSRR

NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

系列固定输出低静态电流低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP502系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP502设计用于低成本陶瓷电容器。 LDO线性稳压器采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为40μA的低静态电流 优良线路和负载调节 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 手机 电池供电消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 56次 阅读
NCP502 LDO稳压器 80 mA 低Iq

NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

固定输出低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP512具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP512设计用于低成本陶瓷电容。 LDO采用微型SC70-5表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.2,2.5,2.7,2.8,3.0,3.1,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流40μA典型 低压差250 mV,80 mA 低输出电压选项 输出电压精度2.0% 工业温度范围-40° C到85°C 应用...
发表于 07-30 10:02 52次 阅读
NCP512 LDO稳压器 80 mA 低压差 低Iq

NCP3337 LDO稳压器 500 mA 低Iq 带电源良好

7是一款高性能,低压差稳压器。它具有±0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于小至1.0μF的任何类型的电容器都是稳定的。 NCP3337还配备了感应和降噪引脚,以提高器件的整体实用性。 NCP3337提供反向偏置保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时±0.9%) 满载时超低压降(典型值260 mV) 没有稳定性所需的最小输出电流 低噪音 低关机电流 反向偏压保护 2.9 V至12 V电源范围 热关断保护 当前限制 仅需1.0μF输出电容以确保稳定性 电源良好输出 应用 终端产品 PCMCIA卡 手机 摄像机和相机 网络系统,DSL /电缆调制解调器 Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 DSP Supply 显示和监视器 PCMCIA卡 手机 摄像机和相机 网络系统, DSL /电缆调制解调器 Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 58次 阅读
NCP3337 LDO稳压器 500 mA 低Iq 带电源良好

NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

列固定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5 uA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP698系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP698设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.3,1.5,1.8,2.5,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可提供无铅电镀选项。 特性 优势 超低静态和接地电流 最小化功耗 低压差 延长电池使用时间。保留更长的监管。 低输出电压选项 输出电压准确度为2.0% 温度范围-40C至85C 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 170次 阅读
NCP698 LDO稳压器 150 mA 超低Iq

NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

定输出低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。该系列具有2.5μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP562系列提供用于ON / OFF控制的使能引脚。 NCP562设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1μF的最小输出电容。该器件采用微型SC82-AB表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,3.5和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。可以使用无铅电镀选项。 特性 典型值为2.5μA的低静态电流 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% -40°C至85°C的温度范围 NCP562提供启用引脚 Pb - 免费套餐可用 应用 终端产品 电池供电仪器 手持式仪器 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 125次 阅读
NCP563 LDO稳压器 80 mA 超低Iq

NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

固定输出低静态电流低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP511具有40μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP511设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为1.0 5F。 LDO采用微型TSOP-5表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低典型值为40μA的静态电流 100 mA时100 mV的低压差电压 出色的生产线和负荷调节 最大工作电压6.0 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 无铅封装可用 应用 手机 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 103次 阅读
NCP511 LDO稳压器 150 mA 超低压差 低Iq

NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 70次 阅读
NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 282次 阅读
MC78LC LDO稳压器 80 mA 超低Iq

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 101次 阅读
NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 233次 阅读
KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 19:02 187次 阅读
LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道