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運算放大器和比較器的外觀和原理圖符號相似,如果將標誌拋光,很難區分。另外,許多初學者經常將運算放大器與比較器混淆,因為在某些應用中,許多電路中都將運算放大器用作比較器。本文分享了這些差異。
圖1 運算腳位示意圖
運算放大器和比較器的功能說明如下
運算放大器是一種用於訊號調理的類比晶片。例如,對訊號進行放大、濾波和求和。
比較器是將類比電壓訊號與參考電壓進行比較的電路。
運算放大器用於負回授系統,而比較器一般用於開環系統。也可以引入正回授來設計磁滯比較器。
a) 運算放大器的反應速度與轉換速率有關。當輸入階躍訊號時,運算放大器建立在一定的速度,同時比較器立即翻轉。
b) 一些高壓運算放大器和雙極(三極管)製程運算放大器會在兩個輸入引腳之間有雙向箝位二極體(見圖2)。 此比較器無雙向箝位二極體,輸入差模訊號對比較器的影響較小。 因此,當運算放大器用作比較器時,需要判斷是否需要限流電阻,以免燒毀運算放大器。
C) 運算放大器一般以頻寬和轉換速率來衡量其翻轉速度,而比較器則以T PHL、T PLH、Tfall、trese來表示速度。 計算比較器速度的簡單方法是:
d) 比較器的輸出可以表徵兩個輸入端的電位。 目前,市面上大多數比較器的輸出都可以相容於TTL和CMOS電平,且比較器的輸出始終是正負電源軌之一。 然而,運算放大器的輸出是類比訊號。目前,低電壓CMOS運算普遍可以實現軌到軌輸出。
E) 運算輸出過載後,需要較長的恢復時間; 且比較器的過載恢復時間很短。
F) 某些運算放大器的輸入共模電壓範圍不包括正電源軌; 許多比較器輸入都支援正電源軌。
G) 運算可以用作比較器(在一些低速翻轉的情況下),但比較器不能用作運算。
圖2 運算放大器內部輸入保護電路
綜上所述,運算放大器和比較器的差異在於運算區域不同,運算放大器一般工作在線性區域(閉環)。 線性區域運算放大器的輸入電壓和輸出電壓有一定的比例關係,可用來放大。
比較器工作在非線性區域(開環),即在這個區域,比較器的輸入和輸出不再成正比,因此沒有放大作用。 在這個階段,它的輸出只有兩種狀態,即“高電平”和“低電平”,如果用數字來表示,就是“1”和“0”的概念。 一般來說,通用放大器有線性和非線性兩個區域,但比較器只有一個非線性區域。簡單總結一下,當速度要求不高時,放大器可以用作比較器(注意共模輸入電壓範圍),但比較器不能用作放大器。
它們的內部電路結構不同,運算放大器的輸出級一般為推挽式電路結構。 然而,一些比較器的輸出級是開漏或開源架構,這需要上拉電阻或下拉電阻來匹配後續數位電路的電壓。
附加開漏輸出與推挽輸出結構比較;
表1 開漏輸出與推挽輸出比較
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