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三分钟带你搞懂运算放大器与比较器的区别

发布者:304永利官网入口-304永利官网入口厂    发布时间:2020-10-10
晶体管(2435)比较器(630)放大器(7466)

无论外观或图纸符号都差不多,那么它们究竟有什么区别,在实际应用中如何区分?今天我来图文全面分析一下,夯实大家的基础,让工程师更上一层楼。

先看一下它们的内部区别图:

从内部图可以看出运算放大器比较器的差别在于输出电路。运算放大器采用双晶体管推挽输出,而比较器只用一只晶体管,集电极连到输出端,发射极接地。

比较器需要外接一个从正端到输出端的上拉电阻,该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。

运算放大器可用于线性放大电路(负反馈),也可用于非线性信号电压比较(开环或正反馈)。

电压比较器只能用于信号电压比较,不能用于线性放大电路(比较器没有频率补偿) 。

两者都可以用于做信号电压比较,但比较器被设计为高速开关,它有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。

运算放大器

做为线性放大电路,我这里就不多说了(以后有需要单独讨论放大器),这个在主板电路图很常见,一般用于稳压电路,使用负反馈电路它与晶体管配合相当于一个三端稳压器,但使用起来更灵活。如下图:

在许多情况下,需要知道两个信号中哪个比较大,或一个信号何时超出预设的电压(用作电压比较)。用运算放大器便可很容易搭建一个简单电路实现该功能。当 V+电压大于 V- 电压时,输出高电平。当 V+电压小于 V- 电压时 ,输出低电平。如下图:

分析一下电路,2.5v 经电阻分压得到 1V 输入到 V- 端,当总线电压正常产生 1.2v 时,输入到 V+,此时 V+电压比 V- 电压高,输出一个高电平到 CPU 管理芯片的 EN 开启脚。如果总线电压没输出或不正常少于 1v,此时 V+电压比 V- 电压低,输出低电平。

电压比较器

当比较器的同相端电压(V+)低于反相端电压(V-)时,输出晶体管导通,输出接地低电平;当同相端电压高于反相端时,输出晶体管截止,通过上拉电阻的输出高电平。

分析一下该电路,上面的比较器 U8A 当有 VCC 输出时经过分压电阻分压后,输入到同相端(V+),其电压大于 5VSB 经分压后输入到反相端(V-)的电压,内部晶体管截止,输出经上拉电阻的 12v(同时下面的比较器 U8B 同相端电压也大于反相端,内部晶体管也是截止),N 沟道场管 Q37 导通,输出 VCC5V。同时 P 沟道场管 Q293 截止。反之,当反相端电压大于同相端电压时,内部晶体管导通,上拉 12V 被拉低为低电平,N 沟道场管 Q37 截止,同时 P 沟道场管 Q293 导通,输出 5VSB。这个就是 5VDUAL 产生电路。

在实际应用中比较器都需要上拉,而运算放大器一般不需要。

运放和电压比较器的本质区别

(1)放大器与比较器的主要区别是闭环特性!

放大器大都工作在闭环状态,所以要求闭环后不能自激 。 而比较器大都工作在开环状态更追求速度 。 对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器(要主意输出电平),反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用 。

因为比较器为了提高速度进行优化,这种优化却减小了闭环稳定的范围 。 而运放专为闭环稳定范围进行优化,故降低了速度 。 所以相同价位档次的比较器和放大器好是各司其责 。 如同放大器可以用作比较器一样,也不能排除比较器也可以用作放大器 。 但是你为了让它闭环稳定所付出的代价可能超过加一个放大器!

换言之,看一个运放是当作比较器还是放大器就是看电路的负反馈深度 。 所以,浅闭环的比较器有可能工作在放大器状态并不自激 。 但是一定要作大量的试验,以保证在产品的所有工作状态下都稳定!这时候你就要成本 / 风险仔细核算一下了。

(2)算放大器和比较器如出一辙,简单的讲,比较器就是运放的开环应用,但比较器的设计是针对电压门限比较而用的,要求的比较门限精确,比较后的输出边沿上升或下降时间要短,输出符合 TTL/CMOS 电平 / 或 OC 等,不要求中间环节的准确度,同时驱动能力也不一样。一般情况:用运放做比较器,多数达不到满幅输出,或比较后的边沿时间过长,因此设计中少用运放做比较器为佳。

运放和比较器的区别

比较器和运放虽然在电路图上符号相同,但这两种器件确有非常大的区别,一般不可以互换,区别如下:

1、比较器的翻转速度快,大约在 ns 数量级,而运放翻转速度一般为 us 数量级(特殊的高速运放除外)。

2、运放可以接入负反馈电路,而比较器则不能使用负反馈,虽然比较器也有同相和反相两个输入端,但因为其内部没有相位补偿电路,所以,如果接入负反馈,电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路,这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。

3、运放输出级一般采用推挽电路,双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构,所以需要上拉电阻,单极性输出,容易和数字电路连接。

(3)比较器(LM339 和 LM393)输出是集电极开路(OC)结构, 需要上拉电阻才能有对外输出电流的能力 。 而运放输出级是推挽的结构, 有对称的拉电流和灌电流能力 。 另外比较器为了加快响应速度, 中间级很少, 也没有内部的频率补偿 。 运放则针对线性区工作的需要加入了补偿电路 。 所以比较器(LM339 和 LM393)不适合作运放用。

运放在开关中主要用于反馈电路、过流保护的采样放大等等。

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