运算放大器与比较器的区别

内容包括运算放大器与比较器的区别(含实际电路)，运算放大器的代换。

目录：

• 一、运算放大器与比较器的区别
• 1、运算放大器与比较器的主要区别是闭环特性
• 2、运算放大器和比较器的区别总结
• 3、比较器的浮地应用
• 二、运算放大器电路
• 1、运算放大器电路
• 2、常用运放型号
• 1)单运放 2)双运放 3)四运放
• 三、比较器电路
• 1、单限比较器
• 2、双限比较器(窗口比较器)
• 3、迟滞比较器
• 1)概述 2)原理 3)分析 4)叠加原理分析
• 4、常用比较器型号
• 1)8引脚 2)14引脚

一、运算放大器与比较器的区别

1、运算放大器与比较器的主要区别是闭环特性

放大器大都工作在闭环状态,所以要求闭环后不能自激。而比较器大都工作在开环状态更追求速度。对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器(要注意输出电平),反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用。

因为比较器为了提高速度进行优化,这种优化却减小了闭环稳定的范围。而运放专为闭环稳定范围进行优化,故降低了速度。所以相同价位档次的比较器和放大器最好是各司其责。

如同放大器可以用作比较器一样,也不能排除比较器也可以用作放大器。但是为了让它闭环稳定所付出的代价可能超过加一个放大器!

换言之,看一个运放是当作比较器还是放大器就是看电路的负反馈深度。所以浅闭环的比较器有可能工作在放大器状态并不自激。但是一定要作大量的试验,以保证在产品的所有工作状态下都稳定!这时候就要成本/风险仔细核算一下了。

运算放大器和比较器如出一辙，简单的讲比较器就是运放的开环应用，但比较器的设计是针对电压门限比较而用的，要求的比较门限精确，比较后的输出边沿上升或下降时间要短，输出符合TTL/CMOS 电平/或OC等，不要求中间环节的准确度，同时驱动能力也不一样。一般情况：用运放做比较器，多数达不到满幅输出，或比较后的边沿时间过长，因此设计中少用运放做比较器为佳。

因为比较器用于大差分输入电压，而运算放大器工作时，差分输入电压一般会在负反馈的作用下降至最低。当运放过驱动时，有时仅几毫伏也可能导致过载，其中有些放大级可能发生饱和。这种情况下，器件需要相对较长的时间从饱和中恢复，因此，如果发生饱和，其速度比始终不饱和时慢得多。

2、运算放大器和比较器的区别总结

比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下:

1)比较器的翻转速度快，大约在ns 数量级，而运放翻转速度一般为us 数量级(特殊的高速运放除外)。

2)运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。

3)运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。

比如LM339比较器输出是集电极开路(OC)结构 , 需要上拉电阻才能有对外输出电流的能力 。 而运放输出级是推挽的结构 , 有对称的拉电流和灌电流能力 。

另外比较器为了加快响应速度 , 中间级很少 , 也没有内部的频率补偿 。运放则针对线性区工作的需要加入了补偿电路 。

3、比较器的浮地应用

LM2903的PIN4不接地，提升了整个传感器的共模干扰能力。

二、运算放大器电路

1、运算放大器电路

运算放大器应用汇总1

运算放大器应用汇总2

2、常用运放型号

1)单运放

轨至轨：GS8551/SOT23-5、MCP601/SOT23-5、MCP606/SOT23-5

2)双运放

LM358、TL082I

3)四运放

常用：LM224、LM324

轨至轨：MCP609、TLC2254、SGM8544、GS8554

三、比较器电路

1、单限比较器

2、双限比较器(窗口比较器)

3、迟滞比较器

1)概述

迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。单限比较器，若输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动(起伏)。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。

2)原理

当输入电压足够负时，运放的负输入端电压总是小于正输入端，因此输出一定是正电源电压+VCC(近似)，此时运放的正输入端作为比较基准，为kVCC：

随着输入电压逐渐增大，工作点沿着红色线一直向右移动， 到达B点，输入电压大于kVCC，此时运放的正输入端电压小于负输入端电压，输出变为-VEE，即从B点处红色跌落。此时，比较基准立即改变：由原先的kVCC变为-kVEE。这就表示：此时就算输入电压发生轻微的逆向翻转，比较器也不翻转。

图中：假设从A开始，到B点翻转，到C点，红色线一直向右，然后以绿色线回转到达kVCC处，比较器不翻转，沿着绿色线一直到D点，才回到A点(重新回到高电平)。

这个比较器的输出状态，不仅仅与输入状态相关，还与当前的输出状态有关，使得输入输出伏安特性曲线，呈现出类似迟滞回线的形态，因此称为迟滞比较器。迟滞比较器看起来比较迟钝，但是带来的好处：只有明确的、强有力的输入，才能引起输出改变，而一旦改变，想要恢复，也得特别厉害的反向动作。

3)分析

前面提到的只是迟滞比较器的一种，它的伏安特性曲线是顺时针旋转的，且它的两个阈值电压是基于0V对称的。当接入一个基准电压UREF这就是更为常用的比较器。

假设运放输出高电平为UOH(对理想运放来说，此值为VCC)，输出低电平为UOL，那么对输入信号，电路有两个比较翻转点，较大的一个称为UR+，较小的称为UR-。设正反馈系数为k，k值越接近于1，说明反馈越强烈，迟滞窗口越宽：

当输出为高电平时，翻转点为：

当输出为低电平时，翻转点为：

如果UOH=-UOL，即输出对称，可得到：

其中，UWD代表两个比较阈值之间的电压宽度，或者叫窗口电压。

合理的选择电路结构，选择电阻值，可以做出符合设计要求的迟滞比较器：可改变顺逆结构，可以改变中心阈值，可以改变阈值窗口电压。

4)叠加原理分析

4、常用比较器型号

1)8引脚

LM393、LM2903

2)14引脚

LM339、LM293N