差分运算放大器和比较器有什么区别?我知道比较器只能给我两个值(供应值)。
差分运算放大器放大了输入之间的差异......但是比较器不应该这样做吗?具体有什么区别?
差分运算放大器和比较器有什么区别?我知道比较器只能给我两个值(供应值)。
差分运算放大器放大了输入之间的差异......但是比较器不应该这样做吗?具体有什么区别?
作为第一个近似值,没有区别。类似的问题可能是“直流电动机和发电机之间有什么区别?” 根据预期的应用,两者都可以在任何一种能力中发挥作用,但每一种都经过优化,以牺牲其他品质为代价最大化某些品质。
让我们比较一下普通运算放大器TL072和普通比较器LM339的内部原理图:
共通的地方:
差异:
TL072 使用 JFET 作为输入。这是因为 JFET 提供了极高的输入阻抗,这对于运算放大器来说是理想的。大多数运算放大器分析假设偏置电流(流过输入的电流)为零,但这仅在输入阻抗无限大的情况下才成立。对于比较器,您确实需要高输入阻抗以避免过度加载源,但输入阻抗非常高并不重要。
LM339 有一个集电极开路输出。对于比较器来说,这很好,因为它允许它通过上拉电阻连接任意数量的输出电压,或者简单地实现有线或总线。对于运算放大器,您不希望这样做,因为通常,您希望运算放大器在提供电流和吸收电流方面同样出色,以便您的输出波形是对称的。注意 TL072 的 NPN-PNP 推挽对输出。
LM339 凭借其集电极开路输出,可将输出拉低至 0.2V 或高至 \$V_{cc}\$。TL072 规定当负载小于 \$2k\Omega\$ 时 \$Vcc = 15V\$ 时的输出电压摆幅为 \$\pm 10V\$。
一位经验丰富的 IC 设计师可能仅从原理图就可以指出更多差异。我不是其中之一,但我可以看到数据表中的差异。例如,我没有看到为 LM339 指定的共模或电源抑制比、谐波失真或噪声系数。这些可以为比较器测量,您会在每个运算放大器数据表中找到它们,但对于比较器应用,这些参数并不是特别相关,因此没有指定它们,如果是,可能会非常较差的。
因此,在任何情况下,如果您的要求不是很高,您都可以将运算放大器用作比较器,或者将比较器用作运算放大器。鉴于零件的指定方式不同,可能无法从规格中知道它的性能如何。
如果您在饱和状态下操作差分放大器,它们是相同的。然后它执行比较器的功能。
但基本上,差分放大器是将其带到模拟域的放大器
比较器将输入电压与参考电压进行比较,并给出电源Vdd或Vss,这种二进制行为将其带入DIGITAL DOMAIN。
TI 应用报告运算放大器和比较器——不要混淆它们!图1提供了运算放大器与比较器的信息比较。总结报告中强调的要点:
比较器的输出有时是用于数字操作的开路集电极/漏极。多个比较器的输出可以连接在一起以形成一个与非门:
然而,运算放大器的输出总是模拟的,用于线性操作。
比较器通常以开环运行,而运算放大器通常以闭环运行。不过,比较器可以与闭环一起使用以增加滞后:
滞后电压为 $$V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$$
用于闭环操作的运算放大器针对闭环应用进行了优化。使用开环运算放大器时的结果是不可预测的。包括德州仪器在内的任何半导体制造商都不能或将保证在开环应用中使用的运算放大器的运行。运算放大器中使用的模拟输出晶体管是为输出模拟波形而设计的,因此具有较大的线性区域。晶体管在饱和之前将在线性区域中花费过多的时间,从而使上升和下降时间变长。
...
对于需要具有快速响应时间的比较器的设计人员来说,运算放大器输出级的设计是个坏消息。用于运算放大器输出级的晶体管不是开关晶体管。它们是线性设备,旨在输出模拟波形的准确表示。当饱和时,它们不仅可能消耗比预期更多的功率,而且它们还可能闭锁。恢复时间可能非常难以预测。一批设备可能会在几微秒内恢复,另一批设备可能会在 10 毫秒内恢复。没有指定恢复时间,因为它无法测试。根据设备的不同,它可能根本无法恢复。在某些轨到轨设备中,输出晶体管的失控破坏是一种明显的可能性。
“运算放大器和比较器——不要混淆它们!”,Bruce Carter,第 7-8 页
总体而言,建议使用运算放大器进行线性操作,使用比较器进行电压比较。可以将某些运算放大器用作具有开环配置的比较器,但与比较器相比,这种模式下的性能会很差和/或不可预测。在这种配置中使用时,某些运算放大器可能会被破坏。
1奇怪的是,在普通的文献链接 ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ) 上也找不到该文档(文献 ID SLOA067),也无法在TI 网站上搜索标题或文献 ID ,所以我已经链接到另一个站点的文档副本。
对于实际系统设计,如果您不需要非常高的性能,您可以使用运算放大器作为比较器。然而,由于比较器往往被设计为进入数字逻辑,因此更容易找到逻辑兼容的比较器(例如,输出为 0 或 5V)。此外,一些运算放大器在允许饱和时会做一些奇怪的事情,因为它们被设计用于闭环配置。例如,它们的恢复速度可能很慢,这对于大多数比较器应用来说是不可取的。