Jump to content
  • entries
    40
  • comments
    1045
  • views
    39267

Быстродействие ОУ по сравнению с компараторами

Что меня поражает: схемы ЛБП традиционно выполняются на ОУ. И настолько этот постулат въелся в сознание, что другое даже себе не представляется. Я не имею в виду дискретные компоненты! Именно интегральные микросхемы. А задумывался ли кто-нибудь о быстродействии ОУ, да еще при их последовательном включении? Видимо, нет. А я вот задумался и щас кого-то, наверное, очень сильно удивлю. Так что крепче держитесь за стул.

Не так давно я макетировал схему терморегулятора и прифигел от результатов. Повторил в симуляторе (Мультисим) - получил то же самое. Поэтому иллюстрации к данному посту выполнены в виде "осциллограмм" из Мультисима. Не вижу смысла гонять паяльник, если результат практически один-в-один.

Итак, давайте сравним самые банальные микросхемы - ОУ LM358 и компаратор LM393. Их внутренняя структура приведена на рисунке ниже:

LM358-LM393_Compare.gif

Как видим, за исключением двухтактного выходного каскада (обведено рамкой) и некоторых различий в токах, формируемых генераторами тока, обе микросхемы очень похожи (НЕ идентичны, а именно похожи).

В Мультисиме включил их параллельно в режиме компаратора. Для выхода LM393 подключил нагрузочный резистор 2 кОм. На вход подал прямоугольный сигнал частотой 5, 50 и 500 кГц.

Сравнение ОУ и компаратора.gif

И вот что получил на выходе. Красный трек - "осциллограмма" с выхода ОУ LM358, синий - компаратора LM393. Частота 5 кГц:

5 кГц.gif

Компаратор формирует четкие прямоугольные импульсы. С выхода ОУ фронты завалены.

Частота 50 кГц.

50 кГц.gif

Компаратор формирует четкие прямоугольные импульсы. С выхода ОУ - хиленький треугольник.

Частота 500 кГц (!!!)

500 кГц.gif

Компаратор формирует прямоугольные импульсы со слегка заваленными фронтами. С выхода ОУ - фиг знает что.

Это я специально взял отнюдь не самые лучшие приборы! Токмо чтобы показать разницу в работе.


 

  • Upvote 4


26 Comments


Recommended Comments



Блин. Держась за стул, я тут чуть и не свалился вместе с ним от удивления. Уж ругался, ругался я на Ваши идеи по поводу компараторов в линейном режиме. Бесполезная трата времени. Как об стенку горох. Для остальных выкладываю учебник. Читайте стр. 193(в конце), 194, 198…

Volovich G.I. Shemotehnika analogovyh i analogo-cifrovyh jelektronnyh ustrojstv 2005g.part1.rar

Volovich G.I. Shemotehnika analogovyh i analogo-cifrovyh jelektronnyh ustrojstv 2005g.part2.rar

Edited by avv_rem

Share this comment


Link to comment

@avv_rem ,

1) В данной записи рассматриваются компараторы в режиме компараторов и ОУ, тоже в режиме компараторов.

2) То, что написано в учебнике - исключительно личное мнение его автора. Он не Господь Бог и может ошибаться. Я больше верю даташитам производителя. А в них линейный режим отражен: 

 

ОУ на компараторе 1.JPG

ОУ на компараторе 2.JPG

LM119-319(597CA3).pdf

Share this comment


Link to comment
3 часа назад, Falconist сказал:

Возьмите. Исследуйте.

а там и исследовать нечего , достаточно открыть сводные таблицы справочника молодого сурка (ОУ и компараторы от додеки) и выяснить всего два параметра 

1. скорость нарастания сигнала для LM358 , лучшие экземпляры SR=0,6В/мкс, худшие 0,2В/мкс, для +-/12в питания (амплитуда выхода 22в) время переключения 37-110мкс

2. и время распространения сигнала для LM393 То = 1,3мкс

и понять простую вещь сравнивать данные МС по быстродействию примерно тоже самое что сравнивать вес боксеров с разными весовыми категориями

 

Share this comment


Link to comment

Всё верно, только с чего тут падать? Схемы и принцип действия у компараторов и ОУ действительно похожи. Только ОУ должен работать в линейном режиме, для чего его обвешивают всякими цепями коррекции, то компаратор в рамках своей чувствительности и скоросирельности при усилении сигнала должен входить в режим ограничения, за счёт чего и формирует прямоугольные импульсы. Убрав цепи частотной коррекции, ОУ тоже можно заставить работать в таком нелинейном режиме. Если крутизна фронтов и амплитуда на выходе ОУ подходят для данной схемы -- то пусть работает. Это не принципиально.

Share this comment


Link to comment

@Fer , знаю я эту статью. Она немного о другом - о критичных моментах применения ОУ с качестве компараторов. Не так все, оказывается, просто в таком применении.

Share this comment


Link to comment

стандартные "грабли" использования оу в непредназначенном режиме. автору бы обеспечить оу на схеме обратными связями и повторить "эксперимент".

работа оу в компараторном режиме приводит к критической потере быстродействия - им "грешат" большая часть выпускаемых биполярных оу. в паспортах на оу иногда пробегает намёк на это - "время восстановления после перегрузки" .

азы схемотехники на оу и компараторов: оу работает с околонулевой разницей меж входами. компаратор - штатно работает при разбеге напруг на входах.

схемотехника компаратора, в отличии от оу , не позволяет входить в насыщение каскадам.

-------------

второй момент- ЛБП лучше строить с параллельными ос (ток-напруга)

Share this comment


Link to comment

@Андрей1955 @Fer @Manowar
Да нет, Вы не поняли. Он наоборот, компараторы в линейном режиме использовать рекомендует. У компаратора спад АЧХ не нормируется. Даже если с какой-то микросхемой что-то весьма сомнительное и получится, то с другой будет самовозбуждение. Повторяемости схем не будет. И скорректировать наклон АЧХ нельзя. Не предусмотрена в компараторах частотная коррекция!!! С устойчивостью работы там проблема, а не с быстродействием.

Share this comment


Link to comment

@avv_rem , что я "рекомендую" - исключительно мое личное дело. В данной записи я сравнил только и исключительно быстродействие ОУ и компараторов в компараторном режиме. Точка.

Не вкладывайте свои мозги в чужие головы. Лавры Кашпировского оставьте Кашпировскому.

БП на компараторах спаян и запущен, но из-за зимы (а "мастерская" у меня на балконе) полный прогон схемы отложен до тепла.

Share this comment


Link to comment

Попробую пояснить на пальцах.

Компаратор обычно двухкаскадный. Следовательно, в нем есть уже два апериодических звена, которые на некоторой частоте уже дают сдвиг по фазе 180°. Попытка ввести отрицательную обратную связь не прокатит, т.к. при сдвиге фазы 180° она превращается в положительную и начинаются автоколебания.

Чем отличается операционный усилитель от компаратора? Ответ – цепями коррекции АЧХ. Подбираются они таким образом, чтобы на той частоте, где достигается сдвиг по фазе 180° коэффициент усиления был бы уже значительно меньше единицы. Поэтому в ОУ автоколебания обычно и не наблюдаются, даже если замкнуть вход с выходом.

Особенность компаратора в том, что цепей коррекции в нем нет. И даже выводы для их подключения не предусмотрены. Что же рекомендует Datasheet? Ничего хорошего. Он рекомендует добавить еще одно, третье апериодическое звено. Три звена на некоторой частоте дают сдвиг по фазе уже 270°. 270 больше 180, и сильно больше. Поэтому, чтобы хоть как-то подавить генерацию, частоту среза третьего апериодического звена делают очень низкой. Настолько низкой, что на частоте среза одного из каскадов компаратора общий коэффициент усиления был бы уже меньше единицы. В Вашей схеме из Datasheet частота среза третьего апериодического звена всего 21Гц.

Вывод. Если и будет Ваш блок питания работать, то не только сброс и наброс нагрузки адекватно не отработает, но даже и пульсации сетевого напряжения с частотой 100Гц добром не подавит.

С производителями компараторов мне все ясно – продать продукцию любой ценой и получить как можно больше денег. А Вам-то эти эксперименты зачем? Повесьте на ОУ диодные развязки, вот будет Вам тот же открытый коллектор. Но только без склонности к автоколебаниям.

Share this comment


Link to comment

@avv_rem , мне Ваша позиция инженера вполне понятна. Шаг влево / шаг вправо от даташита - расстрел на месте. Потому как ежели что со спроектированным устройством будет не так - тогда и расстрел покажется поглаживанием по шерсти.

У меня же позиция ученого: "а что там, за горизонтом?" Пример: http://forum.cxem.net/index.php?/topic/124248-регулируемый-источник-тока-на-компараторе/

Сейчас вот еще три подобных прожекта запустил, найдя для них помощников. И по одному проекту соисполнителя так "оплодотворил", что он выдал решение даже получше моего исходного. Ради чего всё это, собственно, и затевалось. Мне уже не так много осталось, "туда" с собой не заберу, а людям будет польза.

Если коротко - то КПД импульсного светодиодного драйвера на практически любой неспециализированной ШИМ-микросхеме можно сделать выше, чем на специализированной (типа NCP3065/NCP3066) с минимальными дополнениями. Подробно будет, когда схемы отмакетируются и снимутся все нужные характеристики.

Share this comment


Link to comment
В 11.12.2016 в 11:26, avv_rem сказал:

@Андрей1955 @Fer @Manowar
Да нет, Вы не поняли. Он наоборот, компараторы в линейном режиме использовать рекомендует. У компаратора спад АЧХ не нормируется. Даже если с какой-то микросхемой что-то весьма сомнительное и получится, то с другой будет самовозбуждение. Повторяемости схем не будет. И скорректировать наклон АЧХ нельзя. Не предусмотрена в компараторах частотная коррекция!!! С устойчивостью работы там проблема, а не с быстродействием.

Ну, в общем всё верно. Хотя была интересная статья в журн. "Компоненты и схемы" о том, что компаратор можно заставить работать в режиме усилителя. Не знаю.

Share this comment


Link to comment

Выше я уже выкладывал книжку, где даже указано, как именно это можно сделать. Только зачем это нужно - обвешивать компаратор цепями коррекции, которые в ОУ есть уже прямо внутри корпуса? Да и динамика все равно получаются хуже, чем у ОУ с посредственными параметрами.
Ну, выложите страничку журнала. Посмотрим. Сравним. Вдруг, там методика расчета номиналов цепей коррекции простая. А то предложат порой целую монографию с формулами. Ее даже перелистать долго, а разобраться порой и вовсе проблематично.

Share this comment


Link to comment

Применение компараторов в качестве ОУ ТУТ НЕ ОБСУЖДАЕТСЯ! Сколько можно повторять?
 

Share this comment


Link to comment

В статье простым языком рассмотрена теория применения компараторов и ОУ в качестве друг друга. Очень полезно почитать.

 

Share this comment


Link to comment

@ГОГА рижский Говоря простым языком, - мнимые преимущества и недостатки ОУ и компараторов относительно друг друга связаны со спецификой их назначения и применения. Взаимная замена одних другими в конечном счете не дает "чужих" преимуществ. Недостатки же - сохраняются.

Share this comment


Link to comment

LM358 такой ОУ, зато дешевый, есть же NE5532 который лучше LM358, мало NE5532 ещё круче OPA2604.

Цитата

Только ОУ должен работать в линейном режиме, для чего его обвешивают всякими цепями коррекции

Скорее для того, чтобы работать устойчиво с замкнутой ООС, иногда нормируется минимальный Ку при которым ОУ устойчив.  Просто для линейного режима коррекция не нужна. 

Edited by Pont 007

Share this comment


Link to comment
В 28.12.2016 в 01:39, Андрей1955 сказал:

Ну, в общем всё верно. Хотя была интересная статья в журн. "Компоненты и схемы" о том, что компаратор можно заставить работать в режиме усилителя. Не знаю.

Я тут ошибся, журнал называется "Компоненты и технологии". Вот ссылка:

http://gamma.spb.ru/pictures/articles/doc_31.pdf 

Share this comment


Link to comment

Join the conversation

You are posting as a guest. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Add a comment...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
×
×
  • Create New...