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運算放大器與比較器的差別

作者:江蘇潤石

運算放大器和比較器無論是外觀還是原理圖符号都差不多,如果把它上邊的辨別打磨掉的話很難區分開二者。加之很多電路中會出現将運放用作比較器的應用,以至于有很多初學者經常會将運算放大器和比較器兩者混淆,本文分享一下它們的差別。

運算放大器與比較器的差別

圖1 運放管腳示意圖

運算放大器和比較器不同之處

運放和比較器的功能表述如下:

運算放大器,是一種用于信号調理的模拟晶片。比如對信号作放大,濾波,求和等。

比較器則是将一個模拟電壓信号與一個基準電壓作比較的電路。

運放是用于負回報系統,而比較器一般是用于開環系統,也可引入正回報設計成遲滞比較器。

a) 運放的反應速度與壓擺率相關,在輸入一個階躍信号時,運放以一定的速度建立,而比較器則是馬上發生翻轉。

b) 一些高壓的運放,以及Bipolar(三極管) 工藝的運放,兩個輸入引腳之間會存在雙向鉗位二極管(見圖2)。比較器沒有雙向鉗位的二極管,輸入差模信号大了對比較器的影響也較小。是以把運放當比較器來用,要判斷是否需要加限流電阻,以免燒掉運放。

c) 運放一般由帶寬,壓擺率衡量其翻轉速度,而比較器則用T PHL,T PLH,T fall,T rise,來表示速度。一個簡單的計算比較器速度方法是:

運算放大器與比較器的差別

d) 比較器的輸出可以表征兩個輸入端的電位高低。現在市面上大部分比較器的輸出都可以相容TTL和CMOS電平,比較器的輸出始終為正負電源軌之一。但是運算放大器的輸出是模拟信号,目前低壓CMOS型的運放一般都能做到軌到軌輸出。

e) 運放輸出過載後,需要比較長的恢複時間;而比較器的過載恢複時間非常短。

f) 有些運放的輸入共模電壓範圍,不包含正電源軌;許多比較器的輸入是支援到正電源軌的。

g) 運放可以當比較器使用(在一些低速翻轉場合可以),而比較器不能當運放使用。

運算放大器與比較器的差別

圖2 運放内部輸入保護電路

綜上所述,運放與比較器的不同之處是所處的工作區域不一樣,運算放大器一般都工作線上性區域(閉環)。線上性區域運放的輸入電壓與輸出電壓呈一定比例關系,可做放大功能。

比較器工作在非線性區域(開環),即在這個區域比較器的輸入與輸出不再成比例輸出,這時也就沒有放大作用了。在這個階段它的輸出隻有兩個狀态,那就是“高電平”和“低電平”狀态,如果用數字表示的話就是“1”和“0”的概念。在一般的通用放大器中都會有線性和非線性這兩個區域,而在比較器中隻有非線性這一個區域,簡單來概括,放大器在對速度要求不高的場景下可以用作比較器(需注意共模輸入電壓範圍),但比較器不能夠當作放大器來用。

二者内部電路結構不同,運算放大器的輸出級一般是推挽電路架構。而部分比較器的輸出級是漏極開路或者源極開路架構,需要上拉電阻或者下拉電阻與後級數字電路電壓比對。

另附開漏輸出與推挽輸出結構的對比:

運算放大器與比較器的差別

表1 開漏輸出與推挽輸出對比

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