运算放大器基础：比较器电路

比较器电路对于比较两个电压和检测更大或更小的电压非常有用 - 这可用于检测电压何时上升超过某个点。

在电子电路设计中经常使用比较两个电压并根据两个电压的比较提供数字输出的电路。

对于比较器电路，需要一个高增益放大器，这样即使输入端的微小变化也会导致输出电平牢固切换。

运算放大器用于许多电子电路设计，但特定的比较器芯片可提供更好的性能。

比较器应用

比较器电路在电子电路设计中有很多用途。通常需要能够检测到某个电压并根据检测到的电压切换电路。

一个例子可以用于温度检测电路。这可能会产生取决于温度的可变电压。当温度低于给定点时，可能需要打开加热，这可以通过使用比较器来检测与温度成比例的电压何时降至某个值以下来实现。

对于这些和许多其他用途，可以使用称为比较器的电路。

什么是比较器？

顾名思义，比较器意味着这些电子元件和电路用于比较两个电压。

当一个高于另一个时，比较器电路输出处于一种状态，当输入条件相反时，比较器输出切换到另一种状态。

比较器基本部件包括一个具有差分输入的高增益放大器 - 一个反相输入和一个同相输入。

在工作方面，比较器根据输入状态在高电平和低电平之间切换。如果同相输入高于反相输入，则输出为高电平。如果同相输入低于反相输入，则输出为高电平。

比较器工作摘要

比较器和运算放大器

虽然使用运算放大器作为比较器很容易，特别是当包含多个运算放大器的芯片有一个备用运算放大器时，可能很容易使用。但是，采用这种方法并不总是可取的。运算放大器可能无法始终正常工作，或者可能无法提供最佳性能。也就是说，当应用要求不高时，使用这些电子元件总是很诱人，因为它们可能已经可用。

比较器芯片和运算放大器的性能在许多方面有很大不同：

运算放大器闩锁：在某些情况下，特别是当运算放大器被强力驱动时，它可能会闩锁，即即使输入发生变化，输出也保持不变。比较器设计为在此模式下工作，切勿闩锁。

这是使用比较器而不是运算放大器可能具有明显优势的一个关键领域。

开环操作：运算放大器设计为在闭环模式下使用，其电路针对此类场景进行了优化。它们在开环模式下不具有操作特征。

数字与模拟：运算放大器是必不可少的模拟元件，其内部电路设计用于在该区域工作。比较器设计为作为逻辑功能运行，即在数字模式下。

这意味着运算放大器在模拟模式下工作且输出不触及电源轨时效果最佳，而比较器则不太擅长线性模式工作，而在逻辑电平下工作则要好得多。

输出级：运算放大器和比较器的输出级非常不同。通常，运算放大器具有线性输出，通常以互补对称方式工作，以提供最佳的输出线性性能。

比较器通常具有集电极开路输出，适合驱动数字接口。它们设计用于与逻辑电路接口，通过模拟电压比较提供逻辑输入。

运算放大器和比较器输出电路的比较

响应时间：比较器经过优化，可提供非常快速的响应和切换时间。压摆率快，可提供最佳性能。

运算放大器未针对这些特性进行优化。它们往往是速度慢得多的电子元件，针对线性操作而不是速度进行了优化。

输出电压和饱和电压：比较器通常能够驱动到电源轨电压的小限值以内。这是逻辑电路良好开关所必需的。运算放大器由于具有一定的饱和电压，因此无法用力驱动电源轨 - 这可能导致逻辑电路开关不良。

鉴于这些因素，在设想此类操作时，最好使用比较器芯片。

运算放大器比较器

可以使用运算放大器作为比较器，因为它满足该功能的基本要求。

在工作时，运算放大器根据输入电压进入正饱和或负饱和状态。由于运算放大器的增益通常会超过100 000，当输入仅相距几分之一毫伏时，输出将达到饱和状态。

虽然运算放大器被广泛用作比较器，但特殊的比较器芯片要好得多。这些特定的比较器芯片提供非常快的开关时间，远高于大多数用于更线性应用的运算放大器提供的开关时间。典型的压摆率在几千伏/微秒左右，尽管更常见的是引用传播延迟的数字。

典型的比较器电路将有一个输入保持在给定电压。这通常可能是电源或基准电源的潜在分压器。另一个输入被带到要感测的点。

基本运算放大器比较器的电路

在此图中，开关电压由R1和R2组成的分压器产生。这将电压设置在比较器的一个输入端 – 在本例中为反相输入端。该电路的同相输入连接到需要检测的点。当该点上的电压上升到基准电压以上时，比较器的输出将变为高电平，当该点的电压降至基准电压以下时，输出将变为低电平。

通常，比较器将由与系统电压轨相同的电压轨驱动。对于5V逻辑，比较器通常由5V电源轨驱动。

运算放大器比较器注释

p>使用比较器电路时，需要记住几点。正常运算放大器电路和比较器电路之间存在一些差异，在任何电子电路设计中都必须加以考虑。

确保不超过差分输入：由于没有反馈，电路的两个输入将处于不同的电压。因此，有必要确保不超过最大差分输入。电路状态的所有可能性都应在电子电路设计阶段考虑。

输入电流变化：同样，由于缺乏反馈，比较器对源的负载将发生变化。特别是当电路发生变化时，输入电流将略有增加。对于大多数电路来说，这不是问题，但如果源阻抗很高，可能会导致一些异常响应。在电子电路设计过程中应考虑到这一点。

输入信号噪声：该电路的主要问题是新的转换点，即使是少量的噪声也会导致输出来回切换。因此，在转换点附近，输出端可能会有几个转换，这可能会在整个电路的其他地方引起问题。对此的解决方案是使用施密特触发器。

在需要比较器功能的地方，最好使用比较器芯片：  如果需要比较器功能，如果可能的话，最好使用比较器芯片。如果这些电子元件之一不可用，并且需要使用运算放大器，则注意不要使输入过载，以免发生闩锁。

使用比较器芯片

当需要比较器电路时，最好选择特定的比较器芯片作为电路的基础。

比较器芯片在处理两个值之间的切换方面要好得多，并且通常具有比模拟运算放大器更容易与逻辑接口的输出级。

就基本电路工作而言，主要区在于大多数比较器具有集电极开路输出，并且需要外部上拉电阻或其他电路。

运算放大器非常便宜，而且非常广泛。比较器不是那么便宜，也不是那么免费，因为这些电子元件往往使用得少一点，可能贵一点，但不是很大。使用它们应该没有问题。