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運算放大器與比較器的區別

2022-02-17
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運算放大器和比較器無論是外觀還是原理圖符號都差不多,如果把它上邊的標識打磨掉的話很難區分開二者。加之很多電路中會出現將運放用作比較器的應用,以至于有很多初學者經常會將運算放大器和比較器兩者混淆,本文分享一下它們的區別。

圖片1.png?

1 運放管腳示意圖

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運算放大器和比較器不同之處

運放和比較器的功能表述如下:

運算放大器,是一種用于信號調理的模擬芯片。比如對信號作放大,濾波,求和等。

比較器則是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓作比較的電路。

運放是用于負反饋系統,而比較器一般是用于開環系統,也可引入正反饋設計成遲滯比較器。

a)??運放的反應速度與壓擺率相關,在輸入一個階躍信號時,運放以一定的速度建立,而比較器則是馬上發生翻轉。

b) 一些高壓的運放,以及Bipolar(三極管) 工藝的運放,兩個輸入引腳之間會存在雙向鉗位二極管(見圖2)。比較器沒有雙向鉗位的二極管,輸入差模信號大了對比較器的影響也較小。所以把運放當比較器來用,要判斷是否需要加限流電阻,以免燒掉運放。

c) 運放一般由帶寬,壓擺率衡量其翻轉速度,而比較器則用T PHLT PLHT fallT rise,來表示速度。一個簡單的計算比較器速度方法是:

圖片2.png?

d) 比較器的輸出可以表征兩個輸入端的電位高低。現在市面上大部分比較器的輸出都可以兼容TTL和CMOS電平,比較器的輸出始終為正負電源軌之一。但是運算放大器的輸出是模擬信號,目前低壓CMOS型的運放一般都能做到軌到軌輸出。

e) 運放輸出過載后,需要比較長的恢復時間;而比較器的過載恢復時間非常短。

f) 有些運放的輸入共模電壓范圍,不包含正電源軌;許多比較器的輸入是支持到正電源軌的。

g) 運放可以當比較器使用(在一些低速翻轉場合可以),而比較器不能當運放使用。

圖片3.png?

圖2 ?運放內部輸入保護電路

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綜上所述,運放與比較器的不同之處是所處的工作區域不一樣,運算放大器一般都工作在線性區域(閉環)。在線性區域運放的輸入電壓與輸出電壓呈一定比例關系,可做放大功能。

比較器工作在非線性區域(開環),即在這個區域比較器的輸入與輸出不再成比例輸出,這時也就沒有放大作用了。在這個階段它的輸出只有兩個狀態,那就是“高電平”和“低電平”狀態,如果用數字表示的話就是“1”和“0”的概念。在一般的通用放大器中都會有線性和非線性這兩個區域,而在比較器中只有非線性這一個區域,簡單來概括,放大器在對速度要求不高的場景下可以用作比較器(需注意共模輸入電壓范圍),但比較器不能夠當作放大器來用。

二者內部電路結構不同,運算放大器的輸出級一般是推挽電路架構。而部分比較器的輸出級是漏極開路或者源極開路架構,需要上拉電阻或者下拉電阻與后級數字電路電壓匹配。

另附開漏輸出與推挽輸出結構的對比:

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推挽輸出

開漏輸出

高電平驅動能力

外部上拉電阻提供

低電平驅動能力

線與功能

不支持

支持

電平轉換

不支持

支持

電平跳變速度

由外部上拉電阻決定,電阻越小,反應越快,功耗越大

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1 ?開漏輸出與推挽輸出對比


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