運(yùn)算放大器基礎(chǔ)：比較器電路

比較器電路對于比較兩個(gè)電壓和檢測更大或更小的電壓非常有用 - 這可用于檢測電壓何時(shí)上升超過某個(gè)點(diǎn)。

在電子電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用比較兩個(gè)電壓并根據(jù)兩個(gè)電壓的比較提供數(shù)字輸出的電路。

對于比較器電路，需要一個(gè)高增益放大器，這樣即使輸入端的微小變化也會導(dǎo)致輸出電平牢固切換。

運(yùn)算放大器用于許多電子電路設(shè)計(jì)，但特定的比較器芯片可提供更好的性能。

比較器應(yīng)用

比較器電路在電子電路設(shè)計(jì)中有很多用途。通常需要能夠檢測到某個(gè)電壓并根據(jù)檢測到的電壓切換電路。

一個(gè)例子可以用于溫度檢測電路。這可能會產(chǎn)生取決于溫度的可變電壓。當(dāng)溫度低于給定點(diǎn)時(shí)，可能需要打開加熱，這可以通過使用比較器來檢測與溫度成比例的電壓何時(shí)降至某個(gè)值以下來實(shí)現(xiàn)。

對于這些和許多其他用途，可以使用稱為比較器的電路。

什么是比較器？

顧名思義，比較器意味著這些電子元件和電路用于比較兩個(gè)電壓。

當(dāng)一個(gè)高于另一個(gè)時(shí)，比較器電路輸出處于一種狀態(tài)，當(dāng)輸入條件相反時(shí)，比較器輸出切換到另一種狀態(tài)。

比較器基本部件包括一個(gè)具有差分輸入的高增益放大器 - 一個(gè)反相輸入和一個(gè)同相輸入。

在工作方面，比較器根據(jù)輸入狀態(tài)在高電平和低電平之間切換。如果同相輸入高于反相輸入，則輸出為高電平。如果同相輸入低于反相輸入，則輸出為高電平。

比較器工作摘要

比較器和運(yùn)算放大器

雖然使用運(yùn)算放大器作為比較器很容易，特別是當(dāng)包含多個(gè)運(yùn)算放大器的芯片有一個(gè)備用運(yùn)算放大器時(shí)，可能很容易使用。但是，采用這種方法并不總是可取的。運(yùn)算放大器可能無法始終正常工作，或者可能無法提供最佳性能。也就是說，當(dāng)應(yīng)用要求不高時(shí)，使用這些電子元件總是很誘人，因?yàn)樗鼈兛赡芤呀?jīng)可用。

比較器芯片和運(yùn)算放大器的性能在許多方面有很大不同：

運(yùn)算放大器閂鎖：在某些情況下，特別是當(dāng)運(yùn)算放大器被強(qiáng)力驅(qū)動時(shí)，它可能會閂鎖，即即使輸入發(fā)生變化，輸出也保持不變。比較器設(shè)計(jì)為在此模式下工作，切勿閂鎖。

這是使用比較器而不是運(yùn)算放大器可能具有明顯優(yōu)勢的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。

開環(huán)操作：運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)為在閉環(huán)模式下使用，其電路針對此類場景進(jìn)行了優(yōu)化。它們在開環(huán)模式下不具有操作特征。

數(shù)字與模擬：運(yùn)算放大器是必不可少的模擬元件，其內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用于在該區(qū)域工作。比較器設(shè)計(jì)為作為邏輯功能運(yùn)行，即在數(shù)字模式下。

這意味著運(yùn)算放大器在模擬模式下工作且輸出不觸及電源軌時(shí)效果最佳，而比較器則不太擅長線性模式工作，而在邏輯電平下工作則要好得多。

輸出級：運(yùn)算放大器和比較器的輸出級非常不同。通常，運(yùn)算放大器具有線性輸出，通常以互補(bǔ)對稱方式工作，以提供最佳的輸出線性性能。

比較器通常具有集電極開路輸出，適合驅(qū)動數(shù)字接口。它們設(shè)計(jì)用于與邏輯電路接口，通過模擬電壓比較提供邏輯輸入。

運(yùn)算放大器和比較器輸出電路的比較

響應(yīng)時(shí)間：比較器經(jīng)過優(yōu)化，可提供非?？焖俚捻憫?yīng)和切換時(shí)間。壓擺率快，可提供最佳性能。

運(yùn)算放大器未針對這些特性進(jìn)行優(yōu)化。它們往往是速度慢得多的電子元件，針對線性操作而不是速度進(jìn)行了優(yōu)化。

輸出電壓和飽和電壓：比較器通常能夠驅(qū)動到電源軌電壓的小限值以內(nèi)。這是邏輯電路良好開關(guān)所必需的。運(yùn)算放大器由于具有一定的飽和電壓，因此無法用力驅(qū)動電源軌 - 這可能導(dǎo)致邏輯電路開關(guān)不良。

鑒于這些因素，在設(shè)想此類操作時(shí)，最好使用比較器芯片。

運(yùn)算放大器比較器

可以使用運(yùn)算放大器作為比較器，因?yàn)樗鼭M足該功能的基本要求。

在工作時(shí)，運(yùn)算放大器根據(jù)輸入電壓進(jìn)入正飽和或負(fù)飽和狀態(tài)。由于運(yùn)算放大器的增益通常會超過100 000，當(dāng)輸入僅相距幾分之一毫伏時(shí)，輸出將達(dá)到飽和狀態(tài)。

雖然運(yùn)算放大器被廣泛用作比較器，但特殊的比較器芯片要好得多。這些特定的比較器芯片提供非?？斓拈_關(guān)時(shí)間，遠(yuǎn)高于大多數(shù)用于更線性應(yīng)用的運(yùn)算放大器提供的開關(guān)時(shí)間。典型的壓擺率在幾千伏/微秒左右，盡管更常見的是引用傳播延遲的數(shù)字。

典型的比較器電路將有一個(gè)輸入保持在給定電壓。這通?？赡苁请娫椿蚧鶞?zhǔn)電源的潛在分壓器。另一個(gè)輸入被帶到要感測的點(diǎn)。

基本運(yùn)算放大器比較器的電路

在此圖中，開關(guān)電壓由R1和R2組成的分壓器產(chǎn)生。這將電壓設(shè)置在比較器的一個(gè)輸入端 – 在本例中為反相輸入端。該電路的同相輸入連接到需要檢測的點(diǎn)。當(dāng)該點(diǎn)上的電壓上升到基準(zhǔn)電壓以上時(shí)，比較器的輸出將變?yōu)楦唠娖?，?dāng)該點(diǎn)的電壓降至基準(zhǔn)電壓以下時(shí)，輸出將變?yōu)榈碗娖健?/p>

通常，比較器將由與系統(tǒng)電壓軌相同的電壓軌驅(qū)動。對于5V邏輯，比較器通常由5V電源軌驅(qū)動。

運(yùn)算放大器比較器注釋

p>使用比較器電路時(shí)，需要記住幾點(diǎn)。正常運(yùn)算放大器電路和比較器電路之間存在一些差異，在任何電子電路設(shè)計(jì)中都必須加以考慮。

確保不超過差分輸入：由于沒有反饋，電路的兩個(gè)輸入將處于不同的電壓。因此，有必要確保不超過最大差分輸入。電路狀態(tài)的所有可能性都應(yīng)在電子電路設(shè)計(jì)階段考慮。

輸入電流變化：同樣，由于缺乏反饋，比較器對源的負(fù)載將發(fā)生變化。特別是當(dāng)電路發(fā)生變化時(shí)，輸入電流將略有增加。對于大多數(shù)電路來說，這不是問題，但如果源阻抗很高，可能會導(dǎo)致一些異常響應(yīng)。在電子電路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。

輸入信號噪聲：該電路的主要問題是新的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，即使是少量的噪聲也會導(dǎo)致輸出來回切換。因此，在轉(zhuǎn)換點(diǎn)附近，輸出端可能會有幾個(gè)轉(zhuǎn)換，這可能會在整個(gè)電路的其他地方引起問題。對此的解決方案是使用施密特觸發(fā)器。

在需要比較器功能的地方，最好使用比較器芯片：? 如果需要比較器功能，如果可能的話，最好使用比較器芯片。如果這些電子元件之一不可用，并且需要使用運(yùn)算放大器，則注意不要使輸入過載，以免發(fā)生閂鎖。

使用比較器芯片

當(dāng)需要比較器電路時(shí)，最好選擇特定的比較器芯片作為電路的基礎(chǔ)。

比較器芯片在處理兩個(gè)值之間的切換方面要好得多，并且通常具有比模擬運(yùn)算放大器更容易與邏輯接口的輸出級。

就基本電路工作而言，主要區(qū)在于大多數(shù)比較器具有集電極開路輸出，并且需要外部上拉電阻或其他電路。

運(yùn)算放大器非常便宜，而且非常廣泛。比較器不是那么便宜，也不是那么免費(fèi)，因?yàn)檫@些電子元件往往使用得少一點(diǎn)，可能貴一點(diǎn)，但不是很大。使用它們應(yīng)該沒有問題。