ОУ в режиме компаратора: допустимо ли это?

Публикуем заключительную главу руководства Брюса Трампа, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей. 31-я глава посвящена вопросу допустимости использования операционного усилителя в режиме компаратора.
5276
В избранное

На сайте нашего партнера компании Компэл опубликованы главы руководства Брюса Трампа, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ). Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях. Представляем вашему вниманию 31-ю, заключительную главу из него.

ОУ в режиме компаратора: допустимо ли это?

Многие разработчики (и я тоже) иногда используют операционные усилители в качестве компараторов. Обычно так происходит, когда нужен только один простой компаратор, и у вас остался «запасной» операционный усилитель в микросхеме, содержащей четыре ОУ в одном корпусе. Фазовая компенсация, необходимая для устойчивой работы операционного усилителя, приводит к тому, что из ОУ может получиться только очень медленный компаратор. Однако если требования по быстродействию являются скромными, то ОУ может быть достаточно. Иногда возникают вопросы по такому режиму использования ОУ. В то время как некоторые операционные усилители работают нормально, другие работают не так, как ожидалось. Давайте разберемся, почему так происходит.

Многие операционные усилители имеют защитные ограничительные диоды, подключенные между входами. Чаще всего используют параллельное включение двух разнонаправленных диодов. Они защищают переход «база-эмиттер» входных транзисторов от обратного пробоя. Для многих ИС пробой перехода «база-эмиттер» начинается при подаче дифференциального входного напряжения около 6 В. Это приводит к повреждению транзисторов или нарушению их работы. На рисунке 73 защиту входного каскада из NPN-транзисторов обеспечивают диоды D1 и D2.

Внутренние дифференциальные ограничительные диоды, подключенные между входами, предотвращают повреждение транзисторов, но могут помешать работе ОУ в режиме компаратора

Рис. 73. Внутренние дифференциальные ограничительные диоды, подключенные между входами, предотвращают повреждение транзисторов, но могут помешать работе ОУ в режиме компаратора

В большинстве схем с операционными усилителями входное напряжение близко к нулю, и защитные диоды никогда не включаются. Но очевидно, что эти диоды могут стать проблемой при работе ОУ в режиме компаратора. Мы имеем ограниченный дифференциальный диапазон напряжения (около 0,7 В), при превышении которого один вход будет перетягивать другой, подтягивая его напряжение. Это не исключает возможность работы ОУ в качестве компаратора, но здесь требуется выполнение ряда условий. Эти условия в некоторых схемах могут быть абсолютно неприемлемыми.

Проблема заключается в том, что TI и другие производители операционных усилителей не всегда сообщают о наличии защитных диодов в документации. Даже когда информация о них присутствует, все равно нет четкого предупреждения о возможных проблемах. Наверное, следовало бы прямо говорить: «Будьте осторожны при использовании данного ОУ в качестве компаратора!». На самом деле авторы документации часто предполагают, что операционный усилитель будет использоваться только по прямому назначению. Мы провели встречу с нашей командой разработчиков и решили, что в будущем будем сообщать пользователям о потенциальных проблемах более четко. Но как быть с уже существующими ОУ? Ниже приведены некоторые рекомендации, которые могут помочь.

В большинстве случаев операционные усилители со входными NPN-транзисторами имеют защитные диоды. Примерами могут служить OP07OPA227, OPA277 и многие другие. Исключением является старый усилитель μA741. У него, кроме входных NPN-транзисторов, имеются дополнительные последовательно включенные PNP-транзисторы, которые обеспечивают встроенную защиту для NPN (рисунок 74).

ОУ с дополнительными последовательно включенными PNP-транзисторами лучше подходят для работы в качестве компаратора

Рис. 74. ОУ с дополнительными последовательно включенными PNP-транзисторами лучше подходят для работы в качестве компаратора

Усилители общего назначения со входными PNP-транзисторами обычно не имеют встроенных ограничительных диодов (рисунок 75). В качестве примера можно привести LM324LM358OPA234OPA2251 и OPA244. Обычно это ОУ с однополярным питанием “single-supply”, у которых диапазон входных синфазных напряжений начинается от нуля или даже немного ниже. Такие ОУ можно легко распознать: для них в документации указывается отрицательное значение входного тока смещения, то есть он вытекает из усилителя. Стоит особо отметить, что высокоскоростные ОУ со входными каскадами из PNP-транзисторов обычно имеют встроенные ограничительные диоды, так как эти транзисторы имеют невысокое напряжение пробоя.

LM324 на базе PNP-транзисторов с высоким пробивным напряжением лучше подходит для работы в качестве компаратора

Рис. 75. LM324 на базе PNP-транзисторов с высоким пробивным напряжением лучше подходит для работы в качестве компаратора

Усилители с JFET- и КМОП-входами, которые работают с более высокими напряжениями (до 20 В и более), могут как иметь, так и не иметь защитных диодов. Для них требуется дополнительная проверка. Особенности технологии изготовления и вид используемых транзисторов определяют, присутствуют ли внутри защитные диоды или нет.

У большинства низковольтных КМОП-усилителей нет встроенных диодов. Существует особое исключение для ОУ с автоматической коррекцией нуля (Auto-zero или чоппер), которые ведут себя так, как будто имеют встроенные защитные диоды.

И в заключение хочется сказать, что если вы рассматриваете возможность использования ОУ в качестве компаратора, будьте осторожны. Получите максимум информации из документации, в том числе вынесенной в примечания. Проверяйте поведение схемы на макете или прототипе, контролируйте взаимное влияние входов. Не полагайтесь на результаты моделирования со SPICE-макромоделями. Некоторые макромодели могут не включать дополнительные компоненты, симулирующие защитные диоды. Кроме того, особенности поведения, возникающие при подаче напряжений, близких к границе допустимых входных диапазонов, могут быть смоделированы неточно.

Предыдущие главы:

Источник: www.compel.ru

Производитель: Texas Instruments
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
OPA2340UA
OPA2340UA
Texas Instruments
Арт.: 13520 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1208 шт. 231,00
OP AMP, DUAL CMOS RRI/O, SMD, 2340; Amplifiers, No. of:2; Op Amp Type:General Purpose; Gain, Bandwidth -3dB:5.5MHz; Slew Rate:6; Voltage, Supply Min:2.5V; Voltage, Supply Max:5.5V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
OPA2340UA 231,00
809 шт.
(на складе)
399 шт.
(под заказ)
OPA2251PA
OPA2251PA
Texas Instruments
Арт.: 21571 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 559 шт. от 1 шт. от 705,52
Выбрать
условия
поставки
OP AMP, DUAL MICROPOWER, 2251, DIP8; Amplifiers, No. of:2; Slew Rate:0.01; Case Style:DIP; Pins, No. of:8; Temperature, Operating Range:-40°C to +85°C; Amplifier IC Type:Operational; Bandwidth:35kHz; Base Number:2251; Current, Supply Max:25чA; IC Generic Number:2251; Logic Function Number:2251; Operational Amplifier Features:Micropower; Temp, Op.…
OPA2251PA от 1 шт. от 705,52
559 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2277U
OPA2277U
Texas Instruments
Арт.: 22297 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 150 шт. от 5 шт. от 777,12
Выбрать
условия
поставки
OP AMP, DUAL PRECISION, SMD, 2277; Amplifiers, No. of:2; Op Amp Type:Precision; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:0.8V/чs; Voltage, Supply Min:2V; Voltage, Supply Max:18V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
OPA2277U от 5 шт. от 777,12
150 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA244UA
OPA244UA
Texas Instruments
Арт.: 23509 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1399 шт. 57,00
Operational Amplifier (Op-Amp) IC; No. of Amplifiers:1; Op Amp Type:Low Power; Gain Bandwidth -3db:0.43MHz; Slew Rate:0.1V/чs; Supply Voltage Min:2.2V; Supply Voltage Max:36V; No. of Pins:8
OPA244UA 57,00
79 шт.
(на складе)
1320 шт.
(под заказ)
OPA277UA
OPA277UA
Texas Instruments
Арт.: 25214 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1162 шт. 191,00
OP AMP, HIGH PRECISION, SOIC8, 277; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:Precision; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:0.8; Voltage, Supply Min:2V; Voltage, Supply Max:18V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
OPA277UA 191,00
375 шт.
(на складе)
787 шт.
(под заказ)
OP07CD
OP07CD
Texas Instruments
Арт.: 25593 ИНФО PDF RD
Доступно: 6841 шт. 29,90
OP AMP, LOW OFFSET, SMD, SOIC8; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:Low Noise; Gain, Bandwidth -3dB:0.6MHz; Slew Rate:0.3V/чs; Voltage, Supply Min:3V; Voltage, Supply Max:18V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
OP07CD 29,90
1576 шт.
(на складе)
5265 шт.
(под заказ)
OPA277U
OPA277U
Texas Instruments
Арт.: 25892 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 136 шт. от 1 шт. от 728,08
Выбрать
условия
поставки
High Precision Operational Amplifiers 8-SOIC
OPA277U от 1 шт. от 728,08
136 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
LM358DR
LM358DR
Texas Instruments
Арт.: 31230 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 9347 шт. 8,00
Operational Amplifier (Op-Amp) IC; No. of Amplifiers:2; Op Amp Type:High Gain; Gain Bandwidth -3db:0.7MHz; Slew Rate:0.3V/чs; Supply Voltage Min:3V; Supply Voltage Max:32V; No. of Pins:8; Operating Temperature Range:0°C to +70°C
LM358DR 8,00
4747 шт.
(на складе)
4600 шт.
(под заказ)
LM324DR
LM324DR
Texas Instruments
Арт.: 40915 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 13151 шт. 8,70
IC, SM OP AMP, QUAD; Amplifiers, No. of:4; Op Amp Type:High Gain; Gain, Bandwidth -3dB:1.2MHz; Slew Rate:0.5V/чs; Voltage, Supply Min:3V; Voltage, Supply Max:32V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
LM324DR 8,70
6046 шт.
(на складе)
7105 шт.
(под заказ)
OP07CDR
OP07CDR
Texas Instruments
Арт.: 56574 ИНФО PDF RD
Доступно: 7880 шт. 19,40
Operational Amplifier (Op-Amp) IC; No. of Amplifiers:1; Op Amp Type:Precision; Gain Bandwidth -3db:0.6MHz; Slew Rate:0.3V/чs; Supply Voltage Min:3V; Supply Voltage Max:18V; No. of Pins:8; Operating Temperature Range:0°C to +70°C
OP07CDR 19,40
3665 шт.
(на складе)
4215 шт.
(под заказ)
OPA277PA
OPA277PA
Texas Instruments
Арт.: 67343 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 915 шт. от 1 шт. от 431,30
Выбрать
условия
поставки
OP AMP, SINGLE; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:Precision; Gain, Bandwidth -3dB:1MHz; Slew Rate:0.8V/чs; Voltage, Supply Min:2V; Voltage, Supply Max:18V; Termination Type:Through Hole; Case Style:DIP; Pins, No.…
OPA277PA от 1 шт. от 431,30
915 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-SOIC
OPAMPEVM-SOIC
Texas Instruments
Арт.: 160396 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in SOIC Packages
OPAMPEVM-SOIC от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-PDIP
OPAMPEVM-PDIP
Texas Instruments
Арт.: 160423 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in PDIP Packages
OPAMPEVM-PDIP от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
OPAMPEVM-MSOPTSSOP
Texas Instruments
Арт.: 160425 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual/Quad OpAmps with/without Shutdown in MSOP/TSSOP Packages
OPAMPEVM-MSOPTSSOP от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA227UA
OPA227UA
Texas Instruments
Арт.: 179965 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 645 шт. 266,00
OP AMP, DUAL PRECISION, SOIC8, 227; Amplifiers, No. of:1; Op Amp Type:Precision; Gain, Bandwidth -3dB:8MHz; Slew Rate:2.3V/чs; Voltage, Supply Min:2.5V; Voltage, Supply Max:18V; Termination Type:SMD; Case Style:SOIC; Pins, No.…
OPA227UA 266,00
468 шт.
(на складе)
177 шт.
(под заказ)
OP07DP
OP07DP
Texas Instruments
Арт.: 202869 ИНФО PDF
Поиск
предложений
OP AMP, LOW OFFSET V; Amplifiers, No. of:1; Slew Rate:0.3V/чs; Case Style:PDIP; Pins, No. of:8; Bandwidth:0.6MHz; Temp, Op. Max:70°C; Temp, Op. Min:0°C; Voltage, Input Offset Max:150чV; Voltage, Supply +Nom:18V
OP07DP
-
Поиск
предложений
LM324AN
LM324AN
Texas Instruments
Арт.: 204981 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 5683 шт. от 8 шт. от 69,07
Выбрать
условия
поставки
Quadruple improved offset operational amplifier 14-PDIP 0 to 70
LM324AN от 8 шт. от 69,07
5683 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA244NA/3KG4
OPA244NA/3KG4
Texas Instruments
Арт.: 242203 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
MicroPower Single-Supply Operational Amplifier MicroAmplifier(TM) Series 5-SOT-23
OPA244NA/3KG4
-
Поиск
предложений
OPA2340UA/2K5
OPA2340UA/2K5
Texas Instruments
Арт.: 257158 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 860 шт. 175,00
Single-Supply, Rail-to-Rail Operational Amplifiers MicroAmplifier(TM) Series 8-SOIC -40 to 85
OPA2340UA/2K5 175,00
368 шт.
(на складе)
492 шт.
(под заказ)
DEM-OPA-SO-1B
DEM-OPA-SO-1B
Texas Instruments
Арт.: 269937 ИНФО PDF
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Single op-amp SO-8 (Non-Inverting) generic evaulation module
DEM-OPA-SO-1B от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2277UA/2K5
OPA2277UA/2K5
Texas Instruments
Арт.: 306020 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1229 шт. от 2 шт. от 320,95
Выбрать
условия
поставки
LS: 14 1 22 3 Усилитель операционный
OPA2277UA/2K5 от 2 шт. от 320,95
1229 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OP07DD
OP07DD
Texas Instruments
Арт.: 317979 ИНФО PDF
Доступно: 2017 шт. от 1 шт. от 194,29
Выбрать
условия
поставки
Low-Offset Voltage Operational Amplifier 8-SOIC 0 to 70
OP07DD от 1 шт. от 194,29
2017 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OP-07DPSRG4
OP-07DPSRG4
Texas Instruments
Арт.: 385680 ИНФО PDF
Поиск
предложений
IC OPAMP GP 600KHZ SGL 8-SOP
OP-07DPSRG4
-
Поиск
предложений
OPA2251PAG4
OPA2251PAG4
Texas Instruments
Арт.: 385846 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 142 шт. от 1 шт. от 705,52
Выбрать
условия
поставки
Dual, 15V single-supply, micro power operational amplifiers 8-PDIP -40 to 85
OPA2251PAG4 от 1 шт. от 705,52
142 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
OPA2277U/2K5
OPA2277U/2K5
Texas Instruments
Арт.: 385852 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 420 шт. 498,00
High Precision Operational Amplifiers 8-SOIC
OPA2277U/2K5 498,00
231 шт.
(на складе)
189 шт.
(под заказ)
OPAMPEVM-SOT23
OPAMPEVM-SOT23
Texas Instruments
Арт.: 387061 ИНФО
Доступно: 571 шт. от 1 шт. от 691,08
Выбрать
условия
поставки
Universal EVM for Single/Dual OpAmps without Shutdown in MSOP/SOIC/SOT-23 Packages
OPAMPEVM-SOT23 от 1 шт. от 691,08
571 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIP-ADAPTER-EVM
DIP-ADAPTER-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1111445 ИНФО
Доступно: 285 шт. от 1 шт. от 1382,15
Выбрать
условия
поставки
Макетная плата  DIP-адаптеров SMD микросхем.
DIP-ADAPTER-EVM от 1 шт. от 1382,15
285 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
AMPQUICKKIT-EVM
AMPQUICKKIT-EVM
Texas Instruments
Арт.: 1903294 ИНФО PDF
Доступно: 8 шт. от 1 шт. от 4008,24
Выбрать
условия
поставки
TI Precision Amplifier Quickstart Kit
AMPQUICKKIT-EVM от 1 шт. от 4008,24
8 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SOIC-EVM
DIYAMP-SOIC-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2301535 ИНФО
Доступно: 17 шт. от 1 шт. от 3926,77
Выбрать
условия
поставки
Универсальная PCB  для усилителей TI в корпусах SOIC.
DIYAMP-SOIC-EVM от 1 шт. от 3926,77
17 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DIYAMP-SC70-EVM
DIYAMP-SC70-EVM
Texas Instruments
Арт.: 2549437 ИНФО
Доступно: 12 шт. от 1 шт. от 2764,31
Выбрать
условия
поставки
Оценочный модуль универсального DIY усилителя.
DIYAMP-SC70-EVM от 1 шт. от 2764,31
12 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()