比較器和運(yùn)算放大器OP-Amp之間的比較

操作放大器(運(yùn)算放大器)和比較器有兩個輸入,逆變和非逆變,輸出通?？梢詮匿撥墦u擺到鋼軌,并具有相同的示意符號。那么,有什么區(qū)別呢?

這個FAQ比較了這兩種設(shè)備,并挖掘出一些相似之處和不同之處。

本文首先對運(yùn)算放大器和比較器的操作進(jìn)行了最高層的比較,然后研究了運(yùn)算放大器的分類,包括電壓、電流、跨電導(dǎo)和跨電阻設(shè)計,查看了運(yùn)算放大器的電壓拓?fù)?考慮了諸如數(shù)字比較器、頻率比較器、電流比較器和窗口比較器等各種類型的比較器,并通過考慮如何使用運(yùn)算放大器作為比較器來關(guān)閉。

比較器的輸出是一個邏輯信號,它指示哪些輸入具有更高的電位。比較器被設(shè)計成用于開環(huán)系統(tǒng)。它們驅(qū)動邏輯電路,以高速工作,并且可以被過度驅(qū)動。運(yùn)算放大器具有模擬輸出,通常在電源軌的值之間,可以接近電源軌的值。它們是為閉環(huán)應(yīng)用程序設(shè)計的,從輸出反饋到逆變輸入。應(yīng)用于信號鏈、功率轉(zhuǎn)換和控制等應(yīng)用中。

輸出放大器分類

有四種類型的操作方案:

· 電壓輸出電瓶在輸出時產(chǎn)生電壓.也被稱為電壓反饋放大器(VFAS),這些OPS的輸出電位相對于地面,可以高達(dá)10萬倍,或者與輸入之間的電位差一樣大。

· 電流輸出電流輸出電流.也稱為電流反饋放大器(CFAS),逆變輸入是敏感的電流水平。

· 跨電導(dǎo)OTA安培(OTA,用于操作跨電導(dǎo)放大器),也稱為電壓控制電流源(VCCS),或電流轉(zhuǎn)換為電壓轉(zhuǎn)換器,將電壓輸入轉(zhuǎn)換成電流輸出。OTAS具有高阻抗微分輸入,可以在"開環(huán)"線性應(yīng)用中使用負(fù)或無反饋。他們通常有一個額外的輸入來控制跨電導(dǎo),并可以有一個不同于標(biāo)準(zhǔn)電壓運(yùn)算放大器不同的示意符號( 圖1 ).

· 轉(zhuǎn)換電阻運(yùn)算放大器將電流輸入轉(zhuǎn)換成電壓輸出.它們也被稱為過速操作電平或電流控制電壓源(CCVSS)。反饋電阻控制電流到電壓增益.它在許多傳感器應(yīng)用中是有用的,因?yàn)樗梢噪S著輸入電流的變化在輸入源之間保持恒定的電壓偏差。

圖1:操作跨導(dǎo)放大器的示意符號。

輸出放大器電源電壓拓?fù)?

另一種對運(yùn)算放大器應(yīng)用進(jìn)行分類的方法是采用電源電壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如單電源與雙電源相對于軌到軌( 下圖2 ):

單一電源 -大多數(shù)常見的操作放大器應(yīng)用程序的輸入接近0V,可以使用一個引用到地面的電源,因此它們也被稱為地面感覺操作放大器。

雙重電源 -典型的操作放大器應(yīng)用程序放大了接近于但不等于0V的信號;然而,當(dāng)需要0V輸入時,VEE必須設(shè)置為-1.5V或更小。這需要一個額外的負(fù)電壓電源.因此這個應(yīng)用程序被稱為雙電源操作放大器。

軌到軌 -如果VCC下降到接近5V,一個電源操作放大器只能處理比VCC少1.5V的輸入,可能限制性能。在需要最大電壓波動的應(yīng)用中,即使輸入電壓在VEE和VCC之間波動,軌到軌的操作放大器也能正常工作。由于它們可以在全部電源范圍內(nèi)輸入/輸出,因此也被稱為輸入/輸出的完全搖擺式業(yè)務(wù)安培。

圖2:運(yùn)算放大器電源電壓拓?fù)浒▎?紅色)、雙(綠色)和軌到軌(藍(lán)色)。

比較者分類

比較器可以是像運(yùn)算放大器,也可以是不同的。不同類型的運(yùn)算放大器在不同的電壓和電流輸入和輸出組合操作。比較器也可以對電壓和電流進(jìn)行操作,但其他類型的比較器可以使用,例如:

數(shù)字的 比較器,也稱為量級比較器,有兩個輸入,以二進(jìn)制形式取數(shù)字?jǐn)?shù)字,并確定一個數(shù)字是否大于、小于或等于另一個數(shù)字。數(shù)字比較器的一個基本形式是XNOR門,因?yàn)橹挥挟?dāng)兩個輸入數(shù)相等時,它的輸出才是"1"。

頻率 比較器可以設(shè)計成頻率從音頻范圍到數(shù)百兆赫,有時更高。一個典型的頻率比較器接受兩個參考頻率輸入和一個測試頻率輸入,與引用比較,并根據(jù)測試頻率和參考頻率之間的關(guān)系產(chǎn)生"更高"、"更低"和"相同"的輸出。頻率比較器可用于各種應(yīng)用,從音頻和通信系統(tǒng)到監(jiān)測電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)和定時裝置的軸旋轉(zhuǎn)。

流的 比較器是電流模式信號處理電路,輸入是差動電流測量,輸出是數(shù)字信號。如果凈電流流進(jìn)入電路,輸出量就很高;如果凈電流流離開電路,輸出量就很低。

窗口 比較器,也稱為窗口檢測電路或雙邊緣限制檢測器,用來確定輸入是否是兩個精確的基準(zhǔn)電壓之間?？梢杂脙蓚€平行的比較器建立窗口比較器,以確定是否有信號, 在…中 ,位于兩個基準(zhǔn)電壓之間 最上面, 以及你 機(jī)器人 .如果在引用之間的窗口中有信號,則輸出量很高;如果沒有,則輸出量很低。每個比較器將輸入信號與一個引用進(jìn)行比較。輸出通過邏輯門發(fā)送,如輸出數(shù)字信號的門( 圖3)。窗口探測器的應(yīng)用范圍從電平傳感器、電池電壓監(jiān)視器和測試系統(tǒng)到各種工業(yè)過程報警裝置。

圖3:窗口比較器將兩個輸入電壓與一個引用進(jìn)行比較,并產(chǎn)生一個數(shù)字輸出。

作為比較器

在數(shù)量有限的應(yīng)用中需要低偏移電壓,V O ,低輸入偏置電流,我 B 廣泛的常見模式排斥,CMR,和低速度操作,運(yùn)算放大器可以作為比較器。如果速度、穩(wěn)定性和滯后性很重要,一般不推薦使用運(yùn)算放大器作為比較器。

圖4顯示了運(yùn)算放大器作為有反饋和無反饋的比較器。左邊的電路放大了輸入電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電壓差.如果V 在…中 大于V 參考文件 ,輸出電壓會上升至正飽和電壓;如V 在…中 比V低 參考文件,輸出電壓降至負(fù)飽和水平。這個基本電路沒有負(fù)反饋.它有非常高的開環(huán)增益;少量的正的可以開始振蕩的過渡。正面反饋可能難以消除。它可能是由輸出電流流入共地阻抗、非逆變輸入和輸出之間的雜散電容等引起的。通過在基本電路中添加滯后電壓,降低其對噪聲的敏感性,可以提高性能。

圖4:基本使用運(yùn)算放大器作為比較器(左)和改進(jìn)的滯后電路,以降低對噪聲的敏感性(右)。

總結(jié)

運(yùn)算放大器和比較器相似,但不相同。例如,比較器的輸出是一種邏輯信號,設(shè)計的目的是在一個開放的循環(huán)配置中操作?？梢允褂妙l率、二進(jìn)制數(shù)字、電流和電壓輸入的比較器。運(yùn)算放大器只能有電壓或電流輸入及其輸出,是為閉環(huán)應(yīng)用程序設(shè)計的,從輸出反饋到逆變輸入。在有限的應(yīng)用程序中,運(yùn)算放大器可以用作比較器,但比較器永遠(yuǎn)不適合于運(yùn)算放大器。