運算放大器與比較器的區(qū)別

內容包括運算放大器與比較器的區(qū)別(含實際電路)，運算放大器的代換。

目錄：

• 一、運算放大器與比較器的區(qū)別
• 1、運算放大器與比較器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性
• 2、運算放大器和比較器的區(qū)別總結
• 3、比較器的浮地應用
• 二、運算放大器電路
• 1、運算放大器電路
• 2、常用運放型號
• 1)單運放 2)雙運放 3)四運放
• 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
• 1)8引腳 2)14引腳

一、運算放大器與比較器的區(qū)別

1、運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(要注意輸出電平),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,以保證在產品的所有工作狀態(tài)下都穩(wěn)定!這時候就要成本/風險仔細核算一下了。

運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。

因為比較器用于大差分輸入電壓，而運算放大器工作時，差分輸入電壓一般會在負反饋的作用下降至最低。當運放過驅動時，有時僅幾毫伏也可能導致過載，其中有些放大級可能發(fā)生飽和。這種情況下，器件需要相對較長的時間從飽和中恢復，因此，如果發(fā)生飽和，其速度比始終不飽和時慢得多。

2、運算放大器和比較器的區(qū)別總結

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。

比如LM339比較器輸出是集電極開路(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 。

3、比較器的浮地應用

LM2903的PIN4不接地，提升了整個傳感器的共模干擾能力。

二、運算放大器電路

1、運算放大器電路

運算放大器應用匯總1

運算放大器應用匯總2

2、常用運放型號

1)單運放

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

2)雙運放

LM358、TL082I

3)四運放

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Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產生相應的抖動(起伏)。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。

2)原理

當輸入電壓足夠負時，運放的負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)，此時運放的正輸入端作為比較基準，為kVCC：

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

圖中：假設從A開始，到B點翻轉，到C點，紅色線一直向右，然后以綠色線回轉到達kVCC處，比較器不翻轉，沿著綠色線一直到D點，才回到A點(重新回到高電平)。

這個比較器的輸出狀態(tài)，不僅僅與輸入狀態(tài)相關，還與當前的輸出狀態(tài)有關，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。遲滯比較器看起來比較遲鈍，但是帶來的好處：只有明確的、強有力的輸入，才能引起輸出改變，而一旦改變，想要恢復，也得特別厲害的反向動作。

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針旋轉的，且它的兩個閾值電壓是基于0V對稱的。當接入一個基準電壓UREF這就是更為常用的比較器。

假設運放輸出高電平為UOH(對理想運放來說，此值為VCC)，輸出低電平為UOL，那么對輸入信號，電路有兩個比較翻轉點，較大的一個稱為UR+，較小的稱為UR-。設正反饋系數(shù)為k，k值越接近于1，說明反饋越強烈，遲滯窗口越寬：

當輸出為高電平時，翻轉點為：

當輸出為低電平時，翻轉點為：

如果UOH=-UOL，即輸出對稱，可得到：

其中，UWD代表兩個比較閾值之間的電壓寬度，或者叫窗口電壓。

合理的選擇電路結構，選擇電阻值，可以做出符合設計要求的遲滯比較器：可改變順逆結構，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

1)8引腳

LM393、LM2903

2)14引腳

LM339、LM293N