電路小課堂，結合實際聊一聊使用運放做比較器的例子... by 矜辰所致

前言

最近做了一個小項目，因為一個比較器缺貨，出了點小問題，花了點時間最后使用了一個運放臨時代替了比較器，把問題解決了。

因為這個問題，讓我想起以前做過使用運放代替比較器的例子，然后想著本期的電路小課堂，就來簡單聊聊如何使用運放當比較器 以及 需要注意的事情。

一、運放和比較器

原理應用說明之類的那些東西屬于基礎問題，不是本文的重點，我們以簡單的方式說明。

1.1 簡介

比較器：

先說簡單的比較器，實在不想畫圖，把以前的筆記貼出來= =！ 湊合著看看吧：

可以看出來，比較器的作用就是比較 兩個輸入端的電壓高低，在電路中比較兩個電壓的一般的電路應用為（我們這里還沒有講到輸出端，后面文章會說么，這只是示意圖）：

電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器。

運算放大器：

運算放大器相對來說比 電壓比較器復雜得多，如果有時間，我寫過一篇簡單的文章帶大家理解運放。大家可以參考文章：

帶你理解運算放大器

運算放大器是一個內含多級放大電路的電子集成電路，其輸入級是差分放大電路，具有高輸入電阻和抑制零點漂移能力；中間級主要進行電壓放大，具有高電壓放大倍數，一般由共射極放大電路構成；輸出極與負載相連，具有帶載能力強、低輸出電阻特點。

運算放大器采用差分輸入，而且具有較高增益，這與比較器的特性相似，所以在實際應用中可以作為低性能比較器使用。

要把運放當比較器使用，那么運算放大器是以開環回路的方式工作的。

實際上最常用的運放電路都是閉環電路。

什么是開環閉環？

開環電路是不接入反饋的電路，輸出端不會影響到輸入端。

閉環電路是接入反饋的電路，也就是輸出端會影響到輸入端。

那么對運放來說，接入反饋電阻是閉環電路，不接入是開環電路。

我們上面已經畫了比較器的應用電路示意，對于比較器而言，他常用的基本電路為閉環的反饋電路，如下圖：

1.2 ☆輸出端☆

要合理的把運放當做比較器來使用，它們的輸出端 Vout 需要特別的注意。

運算放大器的輸出一般是推挽比較多，而比較器的輸出開漏（開集）比較多，現在也有很多推挽輸出的。

推挽輸出，可以很容易的輸出高低電平；

開漏（OC/OD門）輸出最主要的特性就是高電平沒有驅動能力，需要借助外部上拉電阻才能真正輸出高電平。

所以，在選擇運放或者比較器的時候要注意它們的輸出是何種輸出方式，不同的輸出方式電路的使用也不相同。

我們找個比較器來舉個例子，比如 TI 的 LMV723X，我沒用過，實際只是為了寫文章再網上搜索的，在其文檔中有型號和輸出的說明：

對于開漏輸出：

我們在使用的時候，電路一般會采用如下形式：

對于推挽輸出：

我們在使用的時候，輸出端可以不加上下拉電阻（在某些時候可以加個二極管，比如比較器輸出并聯的時候）：

那么我們在使用運放替代比較器的時候，先要查看電路當初的設計是開漏輸出還是推挽輸出，如果是推挽輸出可以直接替換，如果是開漏輸出，是需要經過一定的處理的。

1.3 運放當做比較器注意事項

這里借用一下百度百科的說明，實踐中，與使用專用比較器相比使用運放比較器有以下缺點：

• 響應速度比真實比較器慢，運放被設計為工作在有負反饋的線性段，因此飽和的運放一般有較慢的翻轉速度。大多數運放中都帶有一個用于限制高頻信號下壓擺率的補償電容。這使得運放比較器一般存在微秒級的傳播延遲，與之相比專用比較器的翻轉速度在納秒量級。
• 運放沒有內置遲滯電路，需要專門的外部網絡以延遲輸入信號。
• 運放的靜態工作點電流只有在負反饋條件下保持穩定。當輸入電壓不等時將出現直流偏置。
• 比較器的作用為數字電路產生輸入信號，使用運放比較器時需要考慮與數字電路接口的兼容性。
• 多節運放的不同頻率間可能產生干擾。
• 許多運放的輸入端有反向串聯的二極管。運放兩極的輸入一般是相同的，這不會造成問題。但比較器的兩極需要接入不同的電壓，這就可能導致意想不到的二極管的擊穿。

實際上，如果做一些普通的民用傳感器，除了要注意輸出電路的處理，其他問題都不算是問題。

至少博主所在的一些民用傳感器領域，一些產品案例還沒有說出現什么問題的。

二、電路記錄

上面說了那么多，簡單使用幾個方案例子說明，也同時作為我自己的方案記錄，因為涉及到一些問題，所以我把電路中的阻容大小都處理掉了，但是對于原理和知識的說明并不受影響。

2.1 一個得意的方案替換

我們來看一個電路：

電路中使用了2個比較器，2個運放，最后通過比較器的輸出直接連接 MCU 的IO口：

在上圖中也說到過，因為 LPV521 和 MAX920 這兩顆物料又貴又缺料，所以產品得升級，最后使用了一個便宜的 4路 運放直接替代了上面的方案：

結合上面文章的分析，再通過上面這個電路就已經可以說明很多問題了，

2.2 一些細節的再次說明

上面方案是前些年完成的，最近在做一個更簡單的方案的時候，也沒多想，直接就畫了下面這個圖，是的，還是同樣的芯片，電路更簡單了：

但是設計的時候沒想太多，直接設計成如下方式：

使用了一個微功耗比較器 RS8901XF ，測試什么的都正常，做小批量樣品的時候，因為 RS8901XF 缺貨，所以選用了另外一個信號的比較器，發現就出問題了。

原因就是沒有注意后來選用的比較器的輸出，如果是開漏輸出那么這個電路是不能使用的。最后使用了一個運放替換 COP1 ，樣品就測試正常！

現在想想，這個方案不應該這么設計，直接使用標準的比較器，也不需要二極管，只使用一個上拉電阻 R4 ，直接把比較器的輸出接到 MCU 對應的 IO 口才是最簡潔的辦法！！！

當然上圖中的二極管也有點多余的樣子，第一種方案是因為2路輸出并聯，必須得需要二極管，而這里單路輸出，是可以不需要二極管的！

結語

好了，本文主要是為了說明一下博主自己曾經使用運放做比較器的實際案例。

現在回頭來看，一般情況下，如果可以，運放還是做運放，比較器還是選專門的比較器。但是在某些時候，比如我上面記錄中的第一個方案，把運放當成比較器，也是個不錯的選擇。

☆ 當然，雖然我說過一般情況一般產品問題不大，但是還是要多測試，電路設計，除了理論知識，實踐必不可少！！☆

好了，本文就到這里，謝謝大家！

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審核編輯 黃宇