比较器与运算放大器

比较器和运算放大器的区别

2022-01-09 22:24:22 冯必正 12

        运算放大器采用双晶体管推挽输出,而比较器只用一只晶体管,集电极连到输出端,发射极接地。比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻,该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。运放和电压比较器的本质区别:

      (1)比较器用于开环控制。

      (2)运算放大器工作在闭环状态,基本上用于反馈控制。

一、电路结构

        比较器(LM339和LM393)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,所以比较器(LM339 和LM393)不适合作运放用。 

        运放在开关电源中主要用于反馈电路、过流保护的采样放大等等。

二、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(要主意输出电平),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。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。

三、准确度

        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:用运算放大器做比较器,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。比较器的翻转速度快,大约在ns数量级,而运算放大器翻转速度一般为us数量级(特殊的高速运放除外)。

        运算放大器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。

四、总结

        在应用时,运算放大器与比较器最大的不同在于有无相位补偿电容。运算放大器使用负回授电路,IC内部必须有防止震动用的相位补偿电容。另一方面,比较器并非由负回授电路所构成,没有内建相位补偿电容。相位补偿电容有限制输入和输出间的反应时间,没有相位补偿电容的比较器,比运算放大器反应性较优。另外,若 无相位补偿电容而将运算放大器当作比较器使用,因为相位补偿电容限制了反应性,与比较器相比反应性非常差。