知識貼！運(yùn)算放大器和比較器的本質(zhì)區(qū)別

概述

運(yùn)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(qū)別，在實(shí)際應(yīng)用中如何區(qū)分？今天我來圖文全面分析一下，夯實(shí)大家的基礎(chǔ)，讓工程師更上一層樓。

先看一下它們的內(nèi)部區(qū)別圖:

從內(nèi)部圖可以看出運(yùn)算放大器和比較器的差別在于輸出電路。運(yùn)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(fā)射極接地。

比較器需要外接一個(gè)從正電源端到輸出端的上拉電阻，該上拉電阻相當(dāng)于晶體管的集電極電阻。

運(yùn)算放大器可用于線性放大電路（負(fù)反饋），也可用于非線性信號電壓比較（開環(huán)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(bǔ)償） 。

兩者都可以用于做信號電壓比較，但比較器被設(shè)計(jì)為高速開關(guān)，它有比運(yùn)算放大器更快的轉(zhuǎn)換速率和更短的延時(shí)。

運(yùn)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(dú)討論放大器），這個(gè)在主板電路圖很常見，一般用于穩(wěn)壓電路，使用負(fù)反饋電路它與晶體管配合相當(dāng)于一個(gè)三端穩(wěn)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(gè)信號中哪個(gè)比較大，或一個(gè)信號何時(shí)超出預(yù)設(shè)的電壓（用作電壓比較）。用運(yùn)算放大器便可很容易搭建一個(gè)簡單電路實(shí)現(xiàn)該功能。當(dāng)V+電壓大于V-電壓時(shí)，輸出高電平。當(dāng)V+電壓小于V-電壓時(shí) ，輸出低電平。如下圖：

分析一下電路，2.5v經(jīng)電阻分壓得到1V輸入到V-端，當(dāng)總線電壓正常產(chǎn)生1.2v時(shí)，輸入到V+，此時(shí)V+電壓比V-電壓高，輸出一個(gè)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(shí)V+電壓比V-電壓低，輸出低電平。

電壓比較器

當(dāng)比較器的同相端電壓（V+）低于反相端電壓（V-）時(shí)，輸出晶體管導(dǎo)通，輸出接地低電平；當(dāng)同相端電壓高于反相端時(shí)，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(dāng)有VCC輸出時(shí)經(jīng)過分壓電阻分壓后，輸入到同相端（V+)，其電壓大于5VSB經(jīng)分壓后輸入到反相端（V-)的電壓，內(nèi)部晶體管截止，輸出經(jīng)上拉電阻的電源12v（同時(shí)下面的比較器U8B同相端電壓也大于反相端，內(nèi)部晶體管也是截止），N溝道場管Q37導(dǎo)通，輸出VCC5V。同時(shí)P溝道場管Q293截止。反之，當(dāng)反相端電壓大于同相端電壓時(shí)，內(nèi)部晶體管導(dǎo)通，上拉電源12V被拉低為低電平，N溝道場管Q37截止，同時(shí)P溝道場管Q293導(dǎo)通，輸出5VSB。這個(gè)就是5VDUAL產(chǎn)生電路。

在實(shí)際應(yīng)用中比較器都需要上拉電源，而運(yùn)算放大器一般不需要。

運(yùn)放和電壓比較器的本質(zhì)區(qū)別

（1）放大器與比較器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性!

放大器大都工作在閉環(huán)狀態(tài),所以要求閉環(huán)后不能自激.而比較器大都工作在開環(huán)狀態(tài)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(dāng)作放大器使用.

因?yàn)楸容^器為了提高速度進(jìn)行優(yōu)化,這種優(yōu)化卻減小了閉環(huán)穩(wěn)定的范圍.而運(yùn)放專為閉環(huán)穩(wěn)定范圍進(jìn)行優(yōu)化,故降低了速度.所以相同價(jià)位檔次的比較器和放大器最好是各司其責(zé).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(huán)穩(wěn)定所付出的代價(jià)可能超過加一個(gè)放大器!

換言之,看一個(gè)運(yùn)放是當(dāng)作比較器還是放大器就是看電路的負(fù)反饋深度.所以,淺閉環(huán)的比較器有可能工作在放大器狀態(tài)并不自激.但是一定要作大量的試驗(yàn),以保證在產(chǎn)品的所有工作狀態(tài)下都穩(wěn)定!這時(shí)候你就要成本/風(fēng)險(xiǎn)仔細(xì)核算一下了.

（2）算放大器和比較器如出一轍，簡單的講，比較器就是運(yùn)放的開環(huán)應(yīng)用，但比較器的設(shè)計(jì)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(shí)間要短，輸出符合TTL/CMOS 電平/或OC 等，不要求中間環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)能力也不一樣。一般情況：用運(yùn)放做比較器，多數(shù)達(dá)不到滿幅輸出，或比較后的邊沿時(shí)間過長，因此設(shè)計(jì)中少用運(yùn)放做比較器為佳。

運(yùn)放和比較器的區(qū)別

比較器和運(yùn)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(qū)別，一般不可以互換，區(qū)別如下:

1、比較器的翻轉(zhuǎn)速度快，大約在ns 數(shù)量級，而運(yùn)放翻轉(zhuǎn)速度一般為us 數(shù)量級(特殊的高速運(yùn)放除外)。

2、運(yùn)放可以接入負(fù)反饋電路，而比較器則不能使用負(fù)反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個(gè)輸入端，但因?yàn)槠鋬?nèi)部沒有相位補(bǔ)償電路，所以，如果接入負(fù)反饋，電路不能穩(wěn)定工作。內(nèi)部無相位補(bǔ)償電路，這也是比較器比運(yùn)放速度快很多的主要原因。

3、運(yùn)放輸出級一般采用推挽電路，雙極性輸出。而多數(shù)比較器輸出級為集電極開路結(jié)構(gòu)，所以需要上拉電阻，單極性輸出，容易和數(shù)字電路連接。

（3）比較器(LM339和LM393)輸出是集電極開路(OC)結(jié)構(gòu), 需要上拉電阻才能有對外輸出電流的能力. 而運(yùn)放輸出級是推挽的結(jié)構(gòu), 有對稱的拉電流和灌電流能力.另外比較器為了加快響應(yīng)速度, 中間級很少, 也沒有內(nèi)部的頻率補(bǔ)償. 運(yùn)放則針對線性區(qū)工作的需要加入了補(bǔ)償電路.所以比較器(LM339 和LM393)不適合作運(yùn)放用.

運(yùn)放在開關(guān)電源中主要用于反饋電路、過流保護(hù)的采樣放大等等。

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