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运算放大器与比较器的区别

2022-02-17
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运算放大器和比较器无论是外观还是原理图符号都差不多,如果把它上边的标识打磨掉的话很难区分开二者。加之很多电路中会出现将运放用作比较器的应用,以至于有很多初学者经常会将运算放大器和比较器两者混淆,本文分享一下它们的区别。

图片1.png 

1 运放管脚示意图

 

运算放大器和比较器不同之处

运放和比较器的功能表述如下:

运算放大器,是一种用于信号调理的模拟芯片。比如对信号作放大,滤波,求和等。

比较器则是将一个模拟电压信号与一个基准电压作比较的电路。

运放是用于负反馈系统,而比较器一般是用于开环系统,也可引入正反馈设计成迟滞比较器。

a)  运放的反应速度与压摆率相关,在输入一个阶跃信号时,运放以一定的速度建立,而比较器则是马上发生翻转。

b) 一些高压的运放,以及Bipolar(三极管) 工艺的运放,两个输入引脚之间会存在双向钳位二极管(见图2)。比较器没有双向钳位的二极管,输入差模信号大了对比较器的影响也较小。所以把运放当比较器来用,要判断是否需要加限流电阻,以免烧掉运放。

c) 运放一般由带宽,压摆率衡量其翻转速度,而比较器则用T PHLT PLHT fallT rise,来表示速度。一个简单的计算比较器速度方法是:

图片2.png 

d) 比较器的输出可以表征两个输入端的电位高低。现在市面上大部分比较器的输出都可以兼容TTL和CMOS电平,比较器的输出始终为正负电源轨之一。但是运算放大器的输出是模拟信号,目前低压CMOS型的运放一般都能做到轨到轨输出。

e) 运放输出过载后,需要比较长的恢复时间;而比较器的过载恢复时间非常短。

f) 有些运放的输入共模电压范围,不包含正电源轨;许多比较器的输入是支持到正电源轨的。

g) 运放可以当比较器使用(在一些低速翻转场合可以),而比较器不能当运放使用。

图片3.png 

图2  运放内部输入保护电路

 

综上所述,运放与比较器的不同之处是所处的工作区域不一样,运算放大器一般都工作在线性区域(闭环)。在线性区域运放的输入电压与输出电压呈一定比例关系,可做放大功能。

比较器工作在非线性区域(开环),即在这个区域比较器的输入与输出不再成比例输出,这时也就没有放大作用了。在这个阶段它的输出只有两个状态,那就是“高电平”和“低电平”状态,如果用数字表示的话就是“1”和“0”的概念。在一般的通用放大器中都会有线性和非线性这两个区域,而在比较器中只有非线性这一个区域,简单来概括,放大器在对速度要求不高的场景下可以用作比较器(需注意共模输入电压范围),但比较器不能够当作放大器来用。

二者内部电路结构不同,运算放大器的输出级一般是推挽电路架构。而部分比较器的输出级是漏极开路或者源极开路架构,需要上拉电阻或者下拉电阻与后级数字电路电压匹配。

另附开漏输出与推挽输出结构的对比:

 


推挽输出

开漏输出

高电平驱动能力

外部上拉电阻提供

低电平驱动能力

线与功能

不支持

支持

电平转换

不支持

支持

电平跳变速度

由外部上拉电阻决定,电阻越小,反应越快,功耗越大

 

1  开漏输出与推挽输出对比