運(yùn)算放大器與比較器相比有何不同之處

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2022-03-18 02:45:25 0

運(yùn)算放大器和比較器在外觀和原理圖符號上很相似，如果對標(biāo)志進(jìn)行打磨，很難區(qū)分兩者。此外，許多初學(xué)者經(jīng)常將運(yùn)算放大器與比較器混淆，因?yàn)樵谀承?yīng)用中，運(yùn)算放大器在許多電路中用作比較器。本文分享了這些差異。

圖1 運(yùn)放管腳示意圖

運(yùn)放和比較器的功能表述如下

運(yùn)算放大器，是一種用于信號調(diào)理的模擬芯片。比如對信號作放大，濾波，求和等。

比較器則是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓作比較的電路。

運(yùn)放是用于負(fù)反饋系統(tǒng)，而比較器一般是用于開環(huán)系統(tǒng)，也可引入正反饋設(shè)計(jì)成遲滯比較器。

a) 運(yùn)放的反應(yīng)速度與壓擺率相關(guān)，在輸入一個階躍信號時，運(yùn)放以一定的速度建立，而比較器則是馬上發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

b) 一些高壓的運(yùn)放，以及Bipolar(三極管) 工藝的運(yùn)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，輸入差模信號大了對比較器的影響也較小。所以把運(yùn)放當(dāng)比較器來用，要判斷是否需要加限流電阻，以免燒掉運(yùn)放。

c) 運(yùn)放一般由帶寬，壓擺率衡量其翻轉(zhuǎn)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(jì)算比較器速度方法是：

d) 比較器的輸出可以表征兩個輸入端的電位高低。現(xiàn)在市面上大部分比較器的輸出都可以兼容TTL和CMOS電平，比較器的輸出始終為正負(fù)電源軌之一。但是運(yùn)算放大器的輸出是模擬信號，目前低壓CMOS型的運(yùn)放一般都能做到軌到軌輸出。

e) 運(yùn)放輸出過載后，需要比較長的恢復(fù)時間；而比較器的過載恢復(fù)時間非常短。

f) 有些運(yùn)放的輸入共模電壓范圍，不包含正電源軌；許多比較器的輸入是支持到正電源軌的。

g) 運(yùn)放可以當(dāng)比較器使用（在一些低速翻轉(zhuǎn)場合可以），而比較器不能當(dāng)運(yùn)放使用。

圖2 運(yùn)放內(nèi)部輸入保護(hù)電路

綜上所述，運(yùn)放與比較器的不同之處是所處的工作區(qū)域不一樣，運(yùn)算放大器一般都工作在線性區(qū)域（閉環(huán)）。在線性區(qū)域運(yùn)放的輸入電壓與輸出電壓呈一定比例關(guān)系，可做放大功能。

比較器工作在非線性區(qū)域（開環(huán)），即在這個區(qū)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只有兩個狀態(tài)，那就是“高電平”和“低電平”狀態(tài)，如果用數(shù)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(qū)域，而在比較器中只有非線性這一個區(qū)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范圍），但比較器不能夠當(dāng)作放大器來用。

二者內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)不同，運(yùn)算放大器的輸出級一般是推挽電路架構(gòu)。而部分比較器的輸出級是漏極開路或者源極開路架構(gòu)，需要上拉電阻或者下拉電阻與后級數(shù)字電路電壓匹配。

另附開漏輸出與推挽輸出結(jié)構(gòu)的對比：

表1 開漏輸出與推挽輸出對比

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