比较器和运算放大器OP-Amp之间的比较

操作放大器(运算放大器)和比较器有两个输入,逆变和非逆变,输出通常可以从钢轨摇摆到钢轨,并具有相同的示意符号。那么,有什么区别呢?

这个FAQ比较了这两种设备,并挖掘出一些相似之处和不同之处。

本文首先对运算放大器和比较器的操作进行了最高层的比较,然后研究了运算放大器的分类,包括电压、电流、跨电导和跨电阻设计,查看了运算放大器的电压拓扑,考虑了诸如数字比较器、频率比较器、电流比较器和窗口比较器等各种类型的比较器,并通过考虑如何使用运算放大器作为比较器来关闭。

比较器的输出是一个逻辑信号,它指示哪些输入具有更高的电位。比较器被设计成用于开环系统。它们驱动逻辑电路,以高速工作,并且可以被过度驱动。运算放大器具有模拟输出,通常在电源轨的值之间,可以接近电源轨的值。它们是为闭环应用程序设计的,从输出反馈到逆变输入。应用于信号链、功率转换和控制等应用中。

输出放大器分类

有四种类型的操作方案:

· 电压输出电瓶在输出时产生电压.也被称为电压反馈放大器(VFAS),这些OPS的输出电位相对于地面,可以高达10万倍,或者与输入之间的电位差一样大。

· 电流输出电流输出电流.也称为电流反馈放大器(CFAS),逆变输入是敏感的电流水平。

· 跨电导OTA安培(OTA,用于操作跨电导放大器),也称为电压控制电流源(VCCS),或电流转换为电压转换器,将电压输入转换成电流输出。OTAS具有高阻抗微分输入,可以在"开环"线性应用中使用负或无反馈。他们通常有一个额外的输入来控制跨电导,并可以有一个不同于标准电压运算放大器不同的示意符号( 图1 ).

· 转换电阻运算放大器将电流输入转换成电压输出.它们也被称为过速操作电平或电流控制电压源(CCVSS)。反馈电阻控制电流到电压增益.它在许多传感器应用中是有用的,因为它可以随着输入电流的变化在输入源之间保持恒定的电压偏差。

图1:操作跨导放大器的示意符号。

输出放大器电源电压拓扑

另一种对运算放大器应用进行分类的方法是采用电源电压拓扑结构,如单电源与双电源相对于轨到轨( 下图2 ):

单一电源 -大多数常见的操作放大器应用程序的输入接近0V,可以使用一个引用到地面的电源,因此它们也被称为地面感觉操作放大器。

双重电源 -典型的操作放大器应用程序放大了接近于但不等于0V的信号;然而,当需要0V输入时,VEE必须设置为-1.5V或更小。这需要一个额外的负电压电源.因此这个应用程序被称为双电源操作放大器。

轨到轨 -如果VCC下降到接近5V,一个电源操作放大器只能处理比VCC少1.5V的输入,可能限制性能。在需要最大电压波动的应用中,即使输入电压在VEE和VCC之间波动,轨到轨的操作放大器也能正常工作。由于它们可以在全部电源范围内输入/输出,因此也被称为输入/输出的完全摇摆式业务安培。

图2:运算放大器电源电压拓扑包括单(红色)、双(绿色)和轨到轨(蓝色)。

比较者分类

比较器可以是像运算放大器,也可以是不同的。不同类型的运算放大器在不同的电压和电流输入和输出组合操作。比较器也可以对电压和电流进行操作,但其他类型的比较器可以使用,例如:

数字的 比较器,也称为量级比较器,有两个输入,以二进制形式取数字数字,并确定一个数字是否大于、小于或等于另一个数字。数字比较器的一个基本形式是XNOR门,因为只有当两个输入数相等时,它的输出才是"1"。

频率 比较器可以设计成频率从音频范围到数百兆赫,有时更高。一个典型的频率比较器接受两个参考频率输入和一个测试频率输入,与引用比较,并根据测试频率和参考频率之间的关系产生"更高"、"更低"和"相同"的输出。频率比较器可用于各种应用,从音频和通信系统到监测电机、风力涡轮机和定时装置的轴旋转。

流的 比较器是电流模式信号处理电路,输入是差动电流测量,输出是数字信号。如果净电流流进入电路,输出量就很高;如果净电流流离开电路,输出量就很低。

窗口 比较器,也称为窗口检测电路或双边缘限制检测器,用来确定输入是否是两个精确的基准电压之间。可以用两个平行的比较器建立窗口比较器,以确定是否有信号, 在…中 ,位于两个基准电压之间 最上面, 以及你 机器人 .如果在引用之间的窗口中有信号,则输出量很高;如果没有,则输出量很低。每个比较器将输入信号与一个引用进行比较。输出通过逻辑门发送,如输出数字信号的门( 图3)。窗口探测器的应用范围从电平传感器、电池电压监视器和测试系统到各种工业过程报警装置。

图3:窗口比较器将两个输入电压与一个引用进行比较,并产生一个数字输出。

作为比较器

在数量有限的应用中需要低偏移电压,V O ,低输入偏置电流,我 B 广泛的常见模式排斥,CMR,和低速度操作,运算放大器可以作为比较器。如果速度、稳定性和滞后性很重要,一般不推荐使用运算放大器作为比较器。

图4显示了运算放大器作为有反馈和无反馈的比较器。左边的电路放大了输入电压和基准电压之间的电压差.如果V 在…中 大于V 参考文件 ,输出电压会上升至正饱和电压;如V 在…中 比V低 参考文件,输出电压降至负饱和水平。这个基本电路没有负反馈.它有非常高的开环增益;少量的正的可以开始振荡的过渡。正面反馈可能难以消除。它可能是由输出电流流入共地阻抗、非逆变输入和输出之间的杂散电容等引起的。通过在基本电路中添加滞后电压,降低其对噪声的敏感性,可以提高性能。

图4:基本使用运算放大器作为比较器(左)和改进的滞后电路,以降低对噪声的敏感性(右)。

总结

运算放大器和比较器相似,但不相同。例如,比较器的输出是一种逻辑信号,设计的目的是在一个开放的循环配置中操作。可以使用频率、二进制数字、电流和电压输入的比较器。运算放大器只能有电压或电流输入及其输出,是为闭环应用程序设计的,从输出反馈到逆变输入。在有限的应用程序中,运算放大器可以用作比较器,但比较器永远不适合于运算放大器。