تقويت كننده هاي عملياتي (Op‐amp) و مقايسه كننده ها شبيه يكديگر به نظر مي رسند؛ آن ها حتي علائم شماتيكي مشابه

 دارند. اين باعث مي شود كه بسياري از طراحان تصور كنند، آن ها با يكديگر قابل تعويض اند. معمولاً زماني كه يك يا

تعدادي از بخش هاي يك Op‐amp چندتايي بدون استفاده مي ماند، طراح وسوسه مي شود تا براي كاهش هزينه ها از

آن به عنوان مقايسه كننده استفاده كند. اين يادداشت كاربردي  توضيح مي دهد كه چرا نبايد چنين كاري انجام داد.

1.      معرفي

مولف اين مقاله به عنوان يك مهندس طراح مي كوشد تا به سوالاتي كه كارمندان فروش نمي توانند پاسخ دهند، جواب

مناسبي دهد. به طور افزاينده اين سوال پرسيده مي شود كه: چگونه مي توان از Op‐amp حلقه باز به عنوان مقايسه كننده

استفاده كرد.

.2مقايسه ي Op‐amp و مقايسه كننده

مقايسه ي علائم شماتيكي اين دو عنصر الكترونيكي نشانه اي از اختلاف داخلي آن ها ندارد:

                               شكل 1. علائم شماتيكي Op‐amp و مقايسه كننده

صرف نظر از برخي اختلافاتي كه در شماره ي پايه ها وجود دارد، هر دوي آن ها دو ورودي ناوارونگر (+) و وارونگر (- ) و دو خروجي دارند. اما با مقايسه ي مدار داخلي اين دو قطعه، اختلافات زيادي مشاهده مي شود. شماتيك اين دو عنصر را در شكل هاي 2 و 3 ملاحظه مي كنيد.

                                   شكل 2. شماتيك يك نمونه Op‐amp

                                 شكل 3 شماتيك يك نمونه مقايسه كننده

همان طور كه در شكل مشخص است طبقه ي ورودي آن ها مشابه يكديگر است و تنها جاي برچسب (+) و (- ) تغيير

كرده است. طبقه ي خروجي Op‐amp برخلاف مقايسه كننده (كه معمولاً يك مدار كلكتورباز است) تاحدودي پيچيده ترپ

 است. البته بايد توجه كرد كه بسياري از مقايسه كننده هاي جديد داراي خروجي دوقطبي هستند كه در ظاهرشباهت زيادي

 به خروجيOp‐amp دارند.

بنابراين، اختلاف عمده ي Op‐amp و مقايسه كننده در طبقه ي خروجي آن هاست. خروجي Op‐amp براي كاربردهاي

خطي بهينه شده است، درحالي كه خروجي مقايسه كننده براي اشباع شدن مناسب است.

 3. مقايسه كننده

مقايسه كننده يك مبدل آنالوگ به ديجيتال تك بيتي است كه داراي ورودي تفاضلي و خروجي ديجيتال است. معمولاً به

ندرت پيش مي آيد كه طراح از مقايسه كننده به جايOp‐amp استفاده كند، زيرا بيشتر مقايسه كننده ها خروجي كلكتورباز

 دارند. ترانزيستورِ خروجي يك مقايسه كننده ي كلكتورباز(به منظور راه اندازي بارهاي ديجيتال( داراي VCE كوچكي

است. ساختار كلكتورباز وابستگي به مدار خارجي دارد كه اتصال به تغذيه را برقرار كرده و مدار را كامل مي كند

. همچنين برخي از مقايسه كننده ها، اميتر را به صورت يك پايه ي IC در اختيار طراح قرار مي دهند تا وي بتواند هر

دو اتصال كلكتور و اميتر را به خواست خود كامل كند. ساير مقايسه كننده ها در خروجي خود از FET استفاده مي كنند كه

به جاي كلكتورباز، ساختار درين باز را در اختيار مي گذارند. در تمام اين موارد تاكيد بر راه اندازي بارهاي "قطع و

وصلي" است.

3.1خروجي مقايسه كننده - طراحي شده براي عملكرد ديجيتال

كاربرد اوليه ي مقايسه كننده، راه اندازي بارهاي ديجيتال بود اما بعدها مشخص شد كه اگر اين وسيله به صورت

كلكتور/درين باز ساخته شود مي توان با آن ها عملكردهاي منطقي (نظيرNAND) را نيز پياده سازي كرد(شکل4).

با افزايش سرعت مقايسه كننده ها، بسياري از آن ها با خروجي توتم پل ساخته شدند كه به اين ترتيب امكان صفر و يك

كردن خروجي مقايسه كننده وجود دارد.

                                 شكل 4. گيت NAND كلكتورباز

3.2مقايسه كننده - وسيله اي حلقه باز

زماني كه از مقايسه كننده استفاده مي شود، سطح ولتاژ دو ورودي با يكديگر مقايسه مي شوند. مقايسه كننده، يك خروجيِ

ديجيتال ايجاد مي كند كه متناظر با ورودي هاست:

•  اگر ولتاژ ورودي ناوارونگر (+) بيشتر از ورودي وارونگر (-) باشد، در صورتي كه خروجي، كلكتور/درين باز

   باشد، به حالت امپدانس پايين مي رود و اگر خروجي توتم پل باشد در سطح يك منطقي قرار مي گيرد.

 • اگر ولتاژ ورودي ناوارونگر (+) كمتر از ورودي وارونگر (- ) باشد، در صورتي كه خروجي، كلكتور/درين باز

  باشد، به حالت امپدانس بالا  مي رود و اگر خروجي توتم پل باشد در سطح صفر منطقي قرار مي گيرد.

وضعيت كاري ديگري براي مقايسه كننده توصيه نشده است و در برگه هاي اطلاعاتي  نيز به آن اشاره نمي شود. معمولاً

از اين وسيله براي مقايسه ي يك ولتاژِ مرجع ثابت با يك ولتاژ متغير استفاده مي شود. در اين كاربرد، مقايسه كننده مي

 تواند در وضعيت هاي وارونگر و ناوارونگر به كار رود(شکل5)

                                   شكل 5كاربرد وارونگر و ناوارونگرِ مقايسه كننده

دقت كنيد كه در موارد فوق، مقايسه كننده حلقه ي فيدبك ندارد. مقايسه كننده ها مي توانند در آرايش حلقه بسته با فيدبك

مثبت به كار روند. در صورتي كه خروجيِ مقايسه كننده به ورودي وارونگر فيدبك شود، مدار حاصل پايدار بوده و با

هيسترزيس  كار مي كند.

                           شكل 6 مقايسه كننده با هيسترزيس

ولتاژ هيسترزيس بوسيله ي RP و RH ساخته مي شود كه اين دو مقاومت، يك مقسم ولتاژ ايجاد مي كنند. مقدار ولتاژ

 هيسترزيس برابر است با:

                                                                                       

 

تكنيك هيسترزيس باعث جلوگيري از نوسان و ناپايداري خروجي مقايسه كننده(در مواردي كه ورودي آن به كندي تغيير

 مي كند(مي شود. بهتر است دامنه ي هيسترزيس در حدود 1% تا 2% باشد و مقادير بيشتر معمولاً مفيد نيستند.

.4 Op‐amp ها

Op‐amp عنصري الكترونيكي است كه ورودي آنالوگ تفاضلي و خروجي آنالوگ دارد. اگر Op‐amp به صورت

حلقه باز استفاده شود به نظر مي رسد كه خروجي آن مانند مقايسه كننده عمل مي كند. شماتيك مقايسه كننده ي وارونگر و

ناوارونگر كه پيش از اين بحث شد، در مورد Op‐amp نيز عمل مي كند با اين تفاوت كه جاي علامت (+) و (-)

عوض مي شود.

4.1 خروجي Op‐amp طراحي شده براي كاربردهاي خطي

همانطور كه اشاره شد Op‐amp براي كار در ناحيه ي خطي طراحي و براي كاربردهاي حلقه باز بهينه شده است.

ترانزيستورهاي آنالوگ موجود در خروجي Op‐amp براي ايجاد شكل موج آنالوگ طراحي شده اند، بنابراين ناحيه ي

خطي وسيعي دارند. اين ترانزيستورها قبل از رسيدن به اشباع، زمان نسبتاً زيادي را در ناحيه ي خطي سپري مي كنند كه

باعث مي شود زمان صعودو نزول آن ها طولاني باشد.

يكي از مشتريان ابراز مي كرد كه سال ها از قطعه ي 324 LM بدين منظور استفاده كرده است. وقتي 324 LM به عنوان

مقايسه كننده استفاده مي شود، اگرچه خروجي Op‐amp اشباع مي شود و حدوداً به ولتاژ تغذيه مي رسد اما بايد توجه

كرد كه براي سوييچ كردن خروجي اين قطعه، توان بالايي مصرف مي شود.

زماني كه از Op‐amp به صورت حلقه باز استفاده شود، نتيجه غيرقابل پيش بيني است. هيچ كدام از سازندگان نيمه هادي

)شامل Texas Instrument) نمي توانند در مورد عملكرد Op‐amp حلقه باز تضميني دهند.

ترانزيستورهايي كه در طبقه ي خروجي Op‐amp استفاده مي شوند، ترانزيستور سوييچينگ نيستند، وقتي كه آن ها وارد

ناحيه ي اشباع مي شوند نه تنها توان بيشتري مصرف مي كنند بلكه ممكن است دچار Latch‐up شوند. زمان بازيابي

اين ترانزيستورها ممكن است بسيار غيرقابل پيش بيني باشد. در مورد دسته اي از وسائل، اين زمان در حد يك ميكروثانيه

و در مورد دسته اي ديگر ممكن است چندين ده ميكروثانيه به طول انجامد. زمان بازيابي مشخص نيست چراكه قابل

آزمايش شدن نمي باشد. حتي بسته به نوع قطعه، ممكن است خروجي هيچ گاه بازيابي نشود.

.5نتيجه گيري

مقايسه كننده ها و Op‐amp ها اگرچه شبيه يكديگر به نظر مي رسند اما عناصر كاملاً متفاوتي هستند. اگرچه بعيد است از

مقايسه كننده به جاي Op‐amp استفاده شود اما شركت TI درخواست هاي مختلفي دريافت مي كند كه چگونه مي توان

از Op‐amp به جاي مقايسه كننده استفاده كرد. بهترين توصيه اي كه به اين افراد مي شود اين است كه اين كار را انجام

ندهند. انجام چنين كاري دربهترين حالت نتيجه ي بي كيفيتي را به بار مي آورد و در بدترين حالت مدار كار نمي ك

نظرات شما عزیزان:

»  نوع مطلب : <-PostCategory->
»  نوشته شده در دو شنبه 7 فروردين 1391برچسب:,

توسط امیدرنجبرعمرانی | لينك ثابت |