運算放大器系列一比較器

s10274chen

繼上次W大的運算放大器系列的簡介，這回小弟我要和大家討論的是運算放大器的另一個應用－「比較器」。
小弟我才疏學淺，難免有遣詞用字或是術語可能有錯誤的地方，如果有錯，歡迎大家指正喔！（甚至有可能是嚴重錯誤！）
還記得W大說的輸入阻抗趨近於無窮大、輸出阻抗趨近於0，開迴路增益越大越好嗎？可以先回想一下，忘記的話，可以先回去翻看看喔！
這回要講的比較器，在一些控制電路中常常見到，譬如主機板的某些供電（南北橋）、電源供應器的穩壓調整....等，都可隱隱約約看到其蹤影，文中除了文字講述及一些圖片，小弟我會以主機板為範例，指出應用的地方。
好了！先放輕鬆，運算放大器有很多特性，為了不增加困難度，我選擇由比較器來切入，會比較容易些；我們需要具備的是上次W大說的觀念。
比較器有分兩種，倒相輸入比較器、非倒相輸入比較器，我們先看看下圖，它是一個倒相輸入比較器，比較器並沒有將OPA輸出端的信號拉回輸入端，並未使用OPA的虛端路特性（不管它....存疑？之前印象好像是沒有。）。
這是最簡單、基本的比較器電路模型，Vcc是正電源，Vee是負電源（也有的是接地），V1就是我們輸入要比較的電壓，Vref則是參考電壓，Vo則是輸出。

運作原理：我們僅以倒相輸入為例，當輸入電壓（V1）的電壓比Vref電壓還來的高時，這時候Vo就輸出Vee的電壓（OPA有雙電源與單電源之分，以雙電源來講，輸出Vee就會是負電壓，但若是單電源，Vee就直接接地，這時候，輸出就為0....存疑？）；相反的，假設輸入電壓（V1）的電壓比Vref電壓還來的低時，這時候Vo就輸出Vcc的電壓，很簡單吧！

好的！我們來看看這張比較複雜一些些的電路，當然分析是僅以理論值為主，實際電路運作時，會需要考慮很多東西，我們先不管。

我們怎麼知道Vref參考電壓是多少呢（它是固定的，在OPA的正輸入）？我們只要知道Vn是多少，那Vn就是參考電壓囉！
在OPA的輸入端，輸入阻抗很大，可視為開路，Vn的電壓就是Vcc*R2/(R1+R2)，這時就找到參考電壓囉！
那只要Vi大於Vn，這時候Vo就會輸出Vee電壓了，反之就輸出Vcc電壓了。

比較器的基本概念差不多就這樣了，並不是很難，接下來就是看看主機板上的電路囉！
這塊是偉格SL-85MIVL主機板，我僅拍部分我們關注的電路.....比較器！
在下圖中，我們看到一顆LM358的運算放大器，它是負責控制北橋供電的，電路的設計，是控制MOS，使3.3V電源通過的，再經由其他元件，構成穩壓！

運算放大器為單電源運作，吃12V電源。

控制MOS的閘極，也就是輸出高態來控制（還記得前面講的Vcc嗎？這時候閘極的電壓是？）


那比較器的參考電壓呢？就是1.5V了。

另外一端Vi，則經過電阻降壓，恰恰好變成0V。

簡略跑了一下線路。

參考電壓是由431三端穩壓輸出2.5V，再經由電阻做分壓，取得1.5V，當取樣電壓比1.5V還來的大，就會輸出0V，當電壓比1.5V還來的小，這時就會輸出12V，來控制MOS，這過程速度非常的快速。

比較器的簡單介紹到這邊結束，謝謝！
lm358.PDF (163.96 KB, 下載次數: 363)

2010-3-13 07:52 AM 上傳

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l120

拍拍手
很好的教學示範文
讓我學到了一些
Y耶-------- 棒

wish

很好很好！寫教學文章跟維修實例都累人的，謝謝你提供一篇實用的教學。

s10274chen

~hm238~ 謝謝W大！
真的很怕誤導人家，寫這篇時，戰戰兢兢，生怕有出現錯誤的地方。~hm248~
花了兩三個小時寫這篇......蠻累人的！

pemit

真的非常簡單明瞭, 如果單單只有理論上的解釋,消化也會比較慢一點
附上實例說明真的很棒. 給大大拍拍手. 讚拉

qoo007

s大的講解及實例說明真的比看一堆書還來的容易懂!
謝謝您~

lujou

受益良多,不推不可

jent

願阿拉真主保佑你。這對我這些菜鳥來說是救命的啊

飛毛腿

收穫真是多多!
趕緊收藏起來
謝謝!

ala1314

很好的教學
真是讓我獲益良多

逃兵

s10274chen:
這邊說的比較器講得不錯。
可是舉的例，讓我很想再問你。
你在這個比較器的一邊是接參考，一邊接到開關(MOS)後面。
那問題來了。如果說它是開關的動作，那會是一個方波。
而你的比較器，接在方波的地方。會有什麼效果？
你可以想想, 你的比較器PIN2的波形會是怎樣的波形.
為何會那樣？

然後，你再想想WISH說過的交換式電源上也用到比較器。
那這個波形會是如何？
又如何造成那個波形的？
用了什麼元件？
用的是你課本學過的什麼原理？

shunxing

.........挖~~~~~簡單明瞭的解說~~~~~~我還是比較看的董
這種圖文實際操作的解說~~~~~....
說也奇怪～~~我怎摸現在才發現這篇......

ll007

感謝大大教學 下載消化當宵夜

zuoso2006

感謝大大的指導 小弟由忠佩服n_002|

leongsiochong

精采的教學，初學者努力學習中，感激感激...

shan001

好棒的圖文教學，努力多看幾次
了解使用方式
謝謝!

westkimi

謝謝s大發文,讓我對比較器有更進一步的認識,還有很多東西不懂,還請懂原理的大大們,多發文章吧!

bglmlm

學習到了^-^

簡略跑了一下線路。

我畫了2次。。也完全懂了^-^



===========================
寫的實在 太棒了。。。。資料很齊全。。。
使我認識到 LM358   [8支腳]裏面~  4組電壓的實測数值+因果關係^-^
否則。。。就算我量出来也不知【做什麽】。。不會判斷【LM358】是否故障或 有在正常運行與工作。。^-^




ps:還有  LM358   【是【【比較器】】】。。。。咱記住了。。^-^



ps:請問一下。。。
電表。。的黑色量棒。。接在哪裡？？
是主機板上【USB插孔 的 外殼】嗎？？  可否照張相。。。
ps:因為咱  都沒有【在主機板上電時】。。。量過電壓  》《

connor

謝謝分享 很好用得資料

springtea

很好的教學示範文
謝謝大大無私的分享~

edenyu

基本知識要記得.還有基本邏輯閘也不要忘記喔11:)

jakeuk

對比較器多了一點認識，感謝大大教學~~

ck101

讚,下載吸收學習,謝謝分享

shamash

其實OP可以替代比較器
但比較器不能當OP用
比較器的輸出端是接地與否
只能 H I 或 L O

OP的輸出端是推挽輸出
輸出端的電壓可設成 1/2 VCC
或正負電源
做為放大器用

或設開環電路
輸出  H I 或 L O
當比較器用

skyboat0520

比較器也可當OP用，只是特性略遜、應用較不便，請看：National Semiconductor AN-74 (第17頁) :)

shamash

skyboat0520 發表於 2011-10-4 05:06 PM static/image/common/back.gif
比較器也可當OP用，只是特性略遜、應用較不便，請看：National Semiconductor AN-74 (第17頁)  ...

比較器輸出只有單端
若要當OP用
可能要設計成單端A類輸出

yesjarmail

skyboat0520 發表於 2011-10-4 05:06 PM static/image/common/back.gif
比較器也可當OP用，只是特性略遜、應用較不便，請看：National Semiconductor AN-74 (第17頁)  ...

shamash是對的!!! ,(OP可以替代比較器,但比較器不能當OP用)

比較器是工作在如電晶體的飽和區，輸出一定是方波 Ho/Lo 兩狀態，輸出是Open Collector結構,因此需外接一Pull-Hi電阻決定輸出準位

OP Amp 是工作在如電晶體的放大區，輸出波形=輸入波形 x 放大率/衰減率 (輸出有電阻回授到輸入端)，因此輸入正旋波,輸出也是正旋波

OP Amp 輸出沒接回授電阻到輸入時 (回授電阻無限大)，那就代表放大倍率無限大,因此不論輸入是正旋波,三角波,方波任何波形，其輸出都會變方波，因此可取代比較器

skyboat0520

難道是 NS 公司騙我很久了？

yesjarmail

哈哈，我也常被騙!!! :):)

s10274chen

嗯嗯！是知道OPA可以當成比較器。
也有說廠商有設計比較器囉？一直以為廠商設計都是OPA，單純是看電路設計者如何去使用元件，讓它成為比較器或是OPA或是其他應用等。