運(yùn)算放大器與比較器的區(qū)別

內(nèi)容包括運(yùn)算放大器與比較器的區(qū)別(含實(shí)際電路)，運(yùn)算放大器的代換。

目錄：

• 一、運(yùn)算放大器與比較器的區(qū)別
• 1、運(yùn)算放大器與比較器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性
• 2、運(yùn)算放大器和比較器的區(qū)別總結(jié)
• 3、比較器的浮地應(yīng)用
• 二、運(yùn)算放大器電路
• 1、運(yùn)算放大器電路
• 2、常用運(yùn)放型號(hào)
• 1)單運(yùn)放 2)雙運(yùn)放 3)四運(yùn)放
• 三、比較器電路
• 1、單限比較器
• 2、雙限比較器(窗口比較器)
• 3、遲滯比較器
• 1)概述 2)原理 3)分析 4)疊加原理分析
• 4、常用比較器型號(hào)
• 1)8引腳 2)14引腳

一、運(yùn)算放大器與比較器的區(qū)別

1、運(yùn)算放大器與比較器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性

放大器大都工作在閉環(huán)狀態(tài),所以要求閉環(huán)后不能自激。而比較器大都工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)更追求速度。對(duì)于頻率比較低的情況放大器完全可以代替比較器(要注意輸出電平),反過(guò)來(lái)比較器大部分情況不能當(dāng)作放大器使用。

因?yàn)楸容^器為了提高速度進(jìn)行優(yōu)化,這種優(yōu)化卻減小了閉環(huán)穩(wěn)定的范圍。而運(yùn)放專為閉環(huán)穩(wěn)定范圍進(jìn)行優(yōu)化,故降低了速度。所以相同價(jià)位檔次的比較器和放大器最好是各司其責(zé)。

如同放大器可以用作比較器一樣,也不能排除比較器也可以用作放大器。但是為了讓它閉環(huán)穩(wěn)定所付出的代價(jià)可能超過(guò)加一個(gè)放大器!

換言之,看一個(gè)運(yùn)放是當(dāng)作比較器還是放大器就是看電路的負(fù)反饋深度。所以淺閉環(huán)的比較器有可能工作在放大器狀態(tài)并不自激。但是一定要作大量的試驗(yàn),以保證在產(chǎn)品的所有工作狀態(tài)下都穩(wěn)定!這時(shí)候就要成本/風(fēng)險(xiǎn)仔細(xì)核算一下了。

運(yùn)算放大器和比較器如出一轍，簡(jiǎn)單的講比較器就是運(yùn)放的開(kāi)環(huán)應(yīng)用，但比較器的設(shè)計(jì)是針對(duì)電壓門(mén)限比較而用的，要求的比較門(mén)限精確，比較后的輸出邊沿上升或下降時(shí)間要短，輸出符合TTL/CMOS 電平/或OC等，不要求中間環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)能力也不一樣。一般情況：用運(yùn)放做比較器，多數(shù)達(dá)不到滿幅輸出，或比較后的邊沿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此設(shè)計(jì)中少用運(yùn)放做比較器為佳。

因?yàn)楸容^器用于大差分輸入電壓，而運(yùn)算放大器工作時(shí)，差分輸入電壓一般會(huì)在負(fù)反饋的作用下降至最低。當(dāng)運(yùn)放過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)，有時(shí)僅幾毫伏也可能導(dǎo)致過(guò)載，其中有些放大級(jí)可能發(fā)生飽和。這種情況下，器件需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間從飽和中恢復(fù)，因此，如果發(fā)生飽和，其速度比始終不飽和時(shí)慢得多。

2、運(yùn)算放大器和比較器的區(qū)別總結(jié)

比較器和運(yùn)放雖然在電路圖上符號(hào)相同，但這兩種器件確有非常大的區(qū)別，一般不可以互換，區(qū)別如下:

1)比較器的翻轉(zhuǎn)速度快，大約在ns 數(shù)量級(jí)，而運(yùn)放翻轉(zhuǎn)速度一般為us 數(shù)量級(jí)(特殊的高速運(yùn)放除外)。

2)運(yùn)放可以接入負(fù)反饋電路，而比較器則不能使用負(fù)反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個(gè)輸入端，但因?yàn)槠鋬?nèi)部沒(méi)有相位補(bǔ)償電路，所以，如果接入負(fù)反饋，電路不能穩(wěn)定工作。內(nèi)部無(wú)相位補(bǔ)償電路，這也是比較器比運(yùn)放速度快很多的主要原因。

3)運(yùn)放輸出級(jí)一般采用推挽電路，雙極性輸出。而多數(shù)比較器輸出級(jí)為集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，所以需要上拉電阻，單極性輸出，容易和數(shù)字電路連接。

比如LM339比較器輸出是集電極開(kāi)路(OC)結(jié)構(gòu) , 需要上拉電阻才能有對(duì)外輸出電流的能力 。 而運(yùn)放輸出級(jí)是推挽的結(jié)構(gòu) , 有對(duì)稱的拉電流和灌電流能力 。

另外比較器為了加快響應(yīng)速度 , 中間級(jí)很少 , 也沒(méi)有內(nèi)部的頻率補(bǔ)償 。運(yùn)放則針對(duì)線性區(qū)工作的需要加入了補(bǔ)償電路 。

3、比較器的浮地應(yīng)用

LM2903的PIN4不接地，提升了整個(gè)傳感器的共模干擾能力。

二、運(yùn)算放大器電路

1、運(yùn)算放大器電路

運(yùn)算放大器應(yīng)用匯總1

運(yùn)算放大器應(yīng)用匯總2

2、常用運(yùn)放型號(hào)

1)單運(yùn)放

軌至軌：GS8551/SOT23-5、MCP601/SOT23-5、MCP606/SOT23-5

2)雙運(yùn)放

LM358、TL082I

3)四運(yùn)放

常用：LM224、LM324

軌至軌：MCP609、TLC2254、SGM8544、GS8554

三、比較器電路

1、單限比較器

2、雙限比較器(窗口比較器)

3、遲滯比較器

1)概述

遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。單限比較器，若輸入信號(hào)Uin在門(mén)限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)(起伏)。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。

2)原理

當(dāng)輸入電壓足夠負(fù)時(shí)，運(yùn)放的負(fù)輸入端電壓總是小于正輸入端，因此輸出一定是正電源電壓+VCC(近似)，此時(shí)運(yùn)放的正輸入端作為比較基準(zhǔn)，為kVCC：

隨著輸入電壓逐漸增大，工作點(diǎn)沿著紅色線一直向右移動(dòng)， 到達(dá)B點(diǎn)，輸入電壓大于kVCC，此時(shí)運(yùn)放的正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓，輸出變?yōu)?VEE，即從B點(diǎn)處紅色跌落。此時(shí)，比較基準(zhǔn)立即改變：由原先的kVCC變?yōu)?kVEE。這就表示：此時(shí)就算輸入電壓發(fā)生輕微的逆向翻轉(zhuǎn)，比較器也不翻轉(zhuǎn)。

圖中：假設(shè)從A開(kāi)始，到B點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，到C點(diǎn)，紅色線一直向右，然后以綠色線回轉(zhuǎn)到達(dá)kVCC處，比較器不翻轉(zhuǎn)，沿著綠色線一直到D點(diǎn)，才回到A點(diǎn)(重新回到高電平)。

這個(gè)比較器的輸出狀態(tài)，不僅僅與輸入狀態(tài)相關(guān)，還與當(dāng)前的輸出狀態(tài)有關(guān)，使得輸入輸出伏安特性曲線，呈現(xiàn)出類似遲滯回線的形態(tài)，因此稱為遲滯比較器。遲滯比較器看起來(lái)比較遲鈍，但是帶來(lái)的好處：只有明確的、強(qiáng)有力的輸入，才能引起輸出改變，而一旦改變，想要恢復(fù)，也得特別厲害的反向動(dòng)作。

3)分析

前面提到的只是遲滯比較器的一種，它的伏安特性曲線是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，且它的兩個(gè)閾值電壓是基于0V對(duì)稱的。當(dāng)接入一個(gè)基準(zhǔn)電壓UREF這就是更為常用的比較器。

假設(shè)運(yùn)放輸出高電平為UOH(對(duì)理想運(yùn)放來(lái)說(shuō)，此值為VCC)，輸出低電平為UOL，那么對(duì)輸入信號(hào)，電路有兩個(gè)比較翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，較大的一個(gè)稱為UR+，較小的稱為UR-。設(shè)正反饋系數(shù)為k，k值越接近于1，說(shuō)明反饋越強(qiáng)烈，遲滯窗口越寬：

當(dāng)輸出為高電平時(shí)，翻轉(zhuǎn)點(diǎn)為：

當(dāng)輸出為低電平時(shí)，翻轉(zhuǎn)點(diǎn)為：

如果UOH=-UOL，即輸出對(duì)稱，可得到：

其中，UWD代表兩個(gè)比較閾值之間的電壓寬度，或者叫窗口電壓。

合理的選擇電路結(jié)構(gòu)，選擇電阻值，可以做出符合設(shè)計(jì)要求的遲滯比較器：可改變順逆結(jié)構(gòu)，可以改變中心閾值，可以改變閾值窗口電壓。

4)疊加原理分析

4、常用比較器型號(hào)

1)8引腳

LM393、LM2903

2)14引腳

LM339、LM293N