Использование ОУ в качестве компаратора

Схемотехника
Компаратор — это устройство, которое подает на свой выход сигнал равный разнице между двумя входными сигналами, умноженной на очень большой коэффициент. Тоже-самое делает и операционный усилитель. Разница лишь в том, что компаратор работает без обратной связи и выдает логический уровень, а ОУ предназначен для работы с обратной связью и выдает аналоговый сигнал.

Недавно, думал над проектом в котором уже использовались ОУ и, нужны были компараторы. Естественно, появился соблазн использовать ОУ в качестве компараторов. Но можно ли так делать?

ОУ в качестве компаратора

Если кратко, то лучше — не нужно, если длинно, то вот почему:

Скорость

ОУ рассчитаны для работы с маленькой разницей между входными сигналами. При большой разнице, транзисторы где-то в недрах микросхемы могут насыщаться и от этого скорость может упасть на порядки. Тоесть, если у нас есть 10МГц ОУ, это совсем не значит что из него получится компаратор с временем реакции в 100нс. Получается такая парадоксальная ситуация — разница между напряжениями входов увеличивается, а время реакции компаратора уменьшается.

Конечно, не все ОУ насыщаются и это нужно проверять, если вам нужна скорость.

Входные цепи
Опять-же, из-за того, что ОУ рассчитывают для работы с маленькой разницей входных напряжений, входные цепи могут повести себя совсем не так как вы думаете. К примеру, там могут стоять защитные диоды, которые просто замкнут входы друг на друга.

Защитные диоды

На такую проблему я нарвался, когда пытался использовать LVDS-приемники spartan3 в качестве компараторов.

Кроме того, у ОУ есть такое явление, как инверсия фазы. Когда внутренние цепи входят в насыщение, выходной сигнал внезапно меняет фазу и получается вот такая картина:
Инверсия фазы

Практически все современные ОУ не страдают такой болезнью, но лучше проверить это на макетке, если вы, все-таки, собираетесь использовать ОУ в качестве компаратора. Производители обычно не пишут о том, что ОУ страдает инверсией фазы, зато, с радостью, сообщают если инверсии фазы нет.

Выходное напряжение
Компараторы часто рассчитываются для работы с определенным логическим стандартом, а вот ОУ — нет. И есть шанс не попасть в логические уровни. Не забывайте, что размах напряжений на выходе ОУ ограничен и неплохо бы проверить — совместим ли он с вашей логикой. Конечно, это не касается rail-to-rail ОУ.

Ограничение размаха напряжения

Если напряжение питания ОУ больше чем логические напряжения, придется строить согласователь уровней и вот тут вся экономия на покупке отдельного компаратора, скорее-всего, пропадет.

Вывод
А вывод очень прост — постарайтесь не использовать ОУ в качестве компараторов если это возможно. В большинстве случаев, это принесет больше проблем, чем выгоды. Но, если вы все-таки решились, тщательно изучите даташит на ваш ОУ и протестируйте его на макете перед тем, как делать окончательное решение.

12 комментариев

avatar
Компараторы часто рассчитываются для работы с определенным логическим стандартом, а вот компараторы ОУ — нет.
Правила сайта я прочитал после… :)
avatar
А что иллюстрирует первый рисунок?
avatar
Если ты про тот, что с VS — это для привлечения внимания «компараторы против ОУ».
avatar
Про него, но что справа, что слева рисунки одинаковы :)
avatar
Дак ОУ и компараторы обозначаются одинаково :) Выбор кто из них кто предоставляю вашей фантазии :)
avatar
Ок :) Пусть ОУ будет справа.
avatar
По этому поводу есть также статья в книге «Операционные усилители для всех» (Картер, Манчини). Авторы не дают советов применять или нет, а просто показывают, что ОУ и компаратор — разные вещи.
avatar
bsvi, а как поступил ты? Что поставил в итоге в схему, компаратор или ОУ?? И какой именно электронный компонент?
avatar
В итоге, поставил компаратор :) ОУ был MCP6L71, компаратор на замену — MCP6541. Естественно, это сильно зависит от задачи и того, что уже есть в схеме.
avatar
LM358 хорошо работают в качестве компаратора на низких частотах, проверено не единожды. Также если ОУ имеет rail-to-rail входы, то в качестве компаратора он уже заведомо может работать, остается лишь выяснить быстродействие.
avatar
Тоже использую — не «воют».
avatar
Для цепей постоянного тока (переключатели и пр.) использовать ОУ как компаратор можно не задумываясь о внутренних процессах. К тому же ОУ LN358 (и подобные) распространены, и их можно сдернуть с практически любого донора, в отличие от компаратора.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.