概述
運(yùn)算放大器和比較器無(wú)論外觀(guān)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(xiàn)性放大電路(負(fù)反饋)，也可用于非線(xiàn)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(xiàn)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)。

 

 

做為線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。

 

 

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。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(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。

 

 

(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(zhuān)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(mén)限比較而用的，要求的比較門(mén)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(mǎn)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。

 

 

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(chēng)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(xiàn)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。