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運放與比較器的本質區別

時間: 2019-08-02 | 編輯: 59 | 閱讀:59次

  概述
  運算放大器和比較器無論外觀或圖紙符號都差不多,那么它們究竟有什么區別,在實際應用中如何區分?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經電阻分壓得到1V輸入到V-端,當總線電壓正常產生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。如下圖:


  分析一下該電路,上面的比較器U8A當有VCC輸出時經過分壓電阻分壓后,輸入到同相端(V+),其電壓大于5VSB經分壓后輸入到反相端(V-)的電壓,內部晶體管截止,輸出經上拉電阻的電源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產生電路。
  在實際應用中比較器都需要上拉電源,單片機學習視頻,而運算放大器一般不需要。
  運放和電壓比較器的本質區別
 ?。?)放大器與比較器的主要區別是閉環特性!
  放大器大都工作在閉環狀態,所以要求閉環后不能自激.而比較器大都工作在開環狀態更追求速度.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化,這種優化卻減小了閉環穩定的范圍.而運放專為閉環穩定范圍進行優化,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穩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,淺閉環的比較器有可能工作在放大器狀態并不自激.但是一定要作大量的試驗,以保證在產品的所有工作狀態下都穩定!這時候你就要成本/風險仔細核算一下了.
 ?。?)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,什么是組態,不要求中間環節的準確度,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別,一般不可以互換,區別如下:
  1、比較器的翻轉速度快,大約在ns 數量級,而運放翻轉速度一般為us 數量級(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,容易和數字電路連接。
 ?。?)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。

文章標題: 運放與比較器的本質區別
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