運算放大器與比較器的區(qū)別

來源：電工學習網(wǎng)

無論外觀或圖紙符號都差不多，那么它們究竟有什么區(qū)別，在實際應用中如何區(qū)分？今天我來圖文全面分析一下，夯實大家的基礎，讓工程師更上一層樓。

先看一下它們的內部區(qū)別圖:

從內部圖可以看出運算放大器和比較器的差別在于輸出電路。運算放大器采用雙晶體管推挽輸出，而比較器只用一只晶體管，集電極連到輸出端，發(fā)射極接地。

比較器需要外接一個從正電源端到輸出端的上拉電阻，該上拉電阻相當于晶體管的集電極電阻。

運算放大器可用于線性放大電路（負反饋），也可用于非線性信號電壓比較（開環(huán)或正反饋）。

電壓比較器只能用于信號電壓比較，不能用于線性放大電路（比較器沒有頻率補償） 。

兩者都可以用于做信號電壓比較，但比較器被設計為高速開關，它有比運算放大器更快的轉換速率和更短的延時。

運算放大器

做為線性放大電路，我這里就不多說了（以后有需要單獨討論放大器），這個在主板電路圖很常見，一般用于穩(wěn)壓電路，使用負反饋電路它與晶體管配合相當于一個三端穩(wěn)壓器，但使用起來更靈活。如下圖：

在許多情況下，需要知道兩個信號中哪個比較大，或一個信號何時超出預設的電壓（用作電壓比較）。用運算放大器便可很容易搭建一個簡單電路實現(xiàn)該功能。當 V+電壓大于 V- 電壓時，輸出高電平。當 V+電壓小于 V- 電壓時 ，輸出低電平。如下圖：

分析一下電路，2.5v 經(jīng)電阻分壓得到 1V 輸入到 V- 端，當總線電壓正常產(chǎn)生 1.2v 時，輸入到 V+，此時 V+電壓比 V- 電壓高，輸出一個高電平到 CPU 電源管理芯片的 EN 開啟腳。如果總線電壓沒輸出或不正常少于 1v，此時 V+電壓比 V- 電壓低，輸出低電平。

電壓比較器

當比較器的同相端電壓（V+）低于反相端電壓（V-）時，輸出晶體管導通，輸出接地低電平；當同相端電壓高于反相端時，輸出晶體管截止，通過上拉電阻的電源輸出高電平。

分析一下該電路，上面的比較器 U8A 當有 VCC 輸出時經(jīng)過分壓電阻分壓后，輸入到同相端（V+)，其電壓大于 5VSB 經(jīng)分壓后輸入到反相端（V-)的電壓，內部晶體管截止，輸出經(jīng)上拉電阻的電源 12v（同時下面的比較器 U8B 同相端電壓也大于反相端，內部晶體管也是截止），N 溝道場管 Q37 導通，輸出 VCC5V。同時 P 溝道場管 Q293 截止。反之，當反相端電壓大于同相端電壓時，內部晶體管導通，上拉電源 12V 被拉低為低電平，N 溝道場管 Q37 截止，同時 P 溝道場管 Q293 導通，輸出 5VSB。這個就是 5VDUAL 產(chǎn)生電路。

在實際應用中比較器都需要上拉電源，而運算放大器一般不需要。

運放和電壓比較器的本質區(qū)別

（1）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環(huán)狀態(tài)更追求速度 . 對于頻率比較低的情況放大器完全可以代替比較器(要主意輸出電平),反過來比較器大部分情況不能當作放大器使用 .

因為比較器為了提高速度進行優(yōu)化,這種優(yōu)化卻減小了閉環(huán)穩(wěn)定的范圍 . 而運放專為閉環(huán)穩(wěn)定范圍進行優(yōu)化,故降低了速度 . 所以相同價位檔次的比較器和放大器最好是各司其責 . 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 . 但是你為了讓它閉環(huán)穩(wěn)定所付出的代價可能超過加一個放大器!

換言之,看一個運放是當作比較器還是放大器就是看電路的負反饋深度 . 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,以保證在產(chǎn)品的所有工作狀態(tài)下都穩(wěn)定!這時候你就要成本 / 風險仔細核算一下了。

（2）算放大器和比較器如出一轍，簡單的講，比較器就是運放的開環(huán)應用，但比較器的設計是針對電壓門限比較而用的，要求的比較門限精確，比較后的輸出邊沿上升或下降時間要短，輸出符合 TTL/CMOS 電平 / 或 OC 等，不要求中間環(huán)節(jié)的準確度，同時驅動能力也不一樣。一般情況：用運放做比較器，多數(shù)達不到滿幅輸出，或比較后的邊沿時間過長，因此設計中少用運放做比較器為佳。

運放和比較器的區(qū)別

比較器和運放雖然在電路圖上符號相同，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、比較器的翻轉速度快，大約在 ns 數(shù)量級，而運放翻轉速度一般為 us 數(shù)量級(特殊的高速運放除外)。

2、運放可以接入負反饋電路，而比較器則不能使用負反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個輸入端，但因為其內部沒有相位補償電路，所以，如果接入負反饋，電路不能穩(wěn)定工作。內部無相位補償電路，這也是比較器比運放速度快很多的主要原因。

3、運放輸出級一般采用推挽電路，雙極性輸出。而多數(shù)比較器輸出級為集電極開路結構，所以需要上拉電阻，單極性輸出，容易和數(shù)字電路連接。

（3）比較器(LM339 和 LM393)輸出是集電極開路(OC)結構, 需要上拉電阻才能有對外輸出電流的能力 . 而運放輸出級是推挽的結構, 有對稱的拉電流和灌電流能力 . 另外比較器為了加快響應速度, 中間級很少, 也沒有內部的頻率補償 . 運放則針對線性區(qū)工作的需要加入了補償電路 . 所以比較器(LM339 和 LM393)不適合作運放用。

運放在開關電源中主要用于反饋電路、過流保護的采樣放大等等。

審核編輯黃昊宇