運(yùn)算放大器與比較器的區(qū)別

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無(wú)論外觀或圖紙符號(hào)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(lái)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(hào)電壓比較（開(kāi)環(huán)或正反饋）。

電壓比較器只能用于信號(hào)電壓比較，不能用于線性放大電路（比較器沒(méi)有頻率補(bǔ)償） 。

兩者都可以用于做信號(hào)電壓比較，但比較器被設(shè)計(jì)為高速開(kāi)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(shuō)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(jiàn)，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(lái)更靈活。如下圖：

在許多情況下，需要知道兩個(gè)信號(hào)中哪個(gè)比較大，或一個(gè)信號(hào)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(jiǎn)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(kāi)啟腳。如果總線電壓沒(méi)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(guò)上拉電阻的電源輸出高電平。

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(guò)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(chǎng)管 Q37 導(dǎo)通，輸出 VCC5V。同時(shí) P 溝道場(chǎng)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(chǎng)管 Q37 截止，同時(shí) P 溝道場(chǎng)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(kāi)環(huán)狀態(tài)更追求速度 . 對(duì)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(guò)來(lái)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(guò)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(jiǎn)單的講，比較器就是運(yùn)放的開(kāi)環(huán)應(yīng)用，但比較器的設(shè)計(jì)是針對(duì)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(guò)長(zhǎng)，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(hào)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(jí)，而運(yùn)放翻轉(zhuǎn)速度一般為 us 數(shù)量級(jí)(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(méi)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(wú)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(jí)一般采用推挽電路，雙極性輸出。而多數(shù)比較器輸出級(jí)為集電極開(kāi)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(kāi)路(OC)結(jié)構(gòu), 需要上拉電阻才能有對(duì)外輸出電流的能力 . 而運(yùn)放輸出級(jí)是推挽的結(jié)構(gòu), 有對(duì)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(jí)很少, 也沒(méi)有內(nèi)部的頻率補(bǔ)償 . 運(yùn)放則針對(duì)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(kāi)關(guān)電源中主要用于反饋電路、過(guò)流保護(hù)的采樣放大等等。

審核編輯黃昊宇