Разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором

18

В чем разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором? Я знаю, что компаратор может дать мне только два значения (значения предложения).

Дифференциальный операционный усилитель усиливает разницу между входами ... но разве компаратор не должен делать то же самое? Какая конкретная разница?

operational-amplifier comparator differential

— user25282
источник

У Texas Instruments была пометка об этом, но я больше не могу ее найти. Название было чем-то вроде «Операционные усилители и компараторы: не путайте их».

— Ренан

Это был SLOA067, но они удалили его со своего сайта. Интернет имеет долгую память. bytebucket.org/intelligentagent/replicape/raw/…

— Fizz

Смотрите также ответ Null ниже и мой комментарий ниже.

— Fizz

20

В первом приближении разницы нет. Аналогичный вопрос может быть «в чем разница между двигателем постоянного тока и генератором?» Любой из них будет работать в любом качестве, но каждый оптимизирован для максимизации определенных качеств за счет других в соответствии с предполагаемым применением.

Давайте сравним внутреннюю схему для общего операционного усилителя TL072 и общего компаратора LM339 :

TL072

TL072 электрическая схема

LM339

LM339 электрическая схема

Общие вещи:

дифференциальный парный вход
очень высокий коэффициент усиления

Отличия:

TL072 использует JFET для ввода. Это связано с тем, что JFET обеспечивают очень высокий входной импеданс, что желательно для операционного усилителя. Большая часть анализа операционных усилителей предполагает, что токи смещения (токи, проходящие через входы) равны нулю, но это верно только в той степени, в которой входной импеданс бесконечен. Для компаратора требуется высокий входной импеданс, чтобы избежать чрезмерной загрузки источника, но не так важно, чтобы входной импеданс был очень высоким.
LM339 имеет выход с открытым коллектором . Для компаратора это хорошо, потому что он позволяет ему взаимодействовать с любым количеством выходных напряжений через подтягивающий резистор или тривиально реализовать проводную или шину. Вы не захотите этого для операционного усилителя, потому что обычно вы хотите, чтобы операционный усилитель был так же хорош в источнике тока, как и в случае его подавления, чтобы ваш выходной сигнал был симметричным. Обратите внимание на выход двухтактной пары NPN-PNP TL072.
LM339 может выдавать выходной сигнал до 0,2 В или до благодаря выходу с открытым коллектором. TL072 определяет размах выходного напряжения когда когда нагрузка меньше 2 . $V_{cc}$ $\pm 10V$ $Vcc = 15V$ $2k\Omega$

Опытный разработчик ИС, вероятно, мог бы указать на большее количество различий, кроме одной схемы. Я не из тех, но я вижу различия в таблицах. Например, я не вижу коэффициента подавления синфазного сигнала или источника питания, гармонических искажений или коэффициента шума, указанных для LM339. Их можно было бы измерить для компаратора, и вы найдете их в каждой спецификации операционного усилителя, но для приложения компаратора эти параметры не особенно актуальны, поэтому они не указаны, и, если бы они были, скорее всего, были бы очень бедные.

Таким образом, в любом случае вы можете использовать операционный усилитель в качестве компаратора или компаратор в качестве операционного усилителя, если ваши требования не очень требовательны. Учитывая разницу в том, как указаны детали, может быть невозможно узнать из спецификаций, как они будут работать.

— Фил Фрост
источник

Я с трудом представляю себе Lm339 как дифференциальный операционный усилитель. Выход с открытым коллектором позволяет мне только два значения: высокое или низкое.

— user25282

@ user25282 выход с открытым коллектором не имеет к этому никакого отношения. Элементарный эмиттерный усилитель элементарного класса A похож на выход с открытым коллектором, но транзистор работает в активной области. Это не желаемый режим работы, поэтому усиление настолько велико: чтобы уменьшить вероятность того, что входы приведут к этой ситуации. Таким образом, вам понадобится отрицательный отзыв, чтобы он работал. То же самое относится и к операционному усилителю.

— Фил Фрост

1

@ user25282 - Am LM339 и LM324 - очень похожие устройства, но AFAIK изначально были созданы теми же дизайнерами примерно в одно и то же время (очень давно), но 1-й - это компаратор, а 2-й - операционный усилитель. Посмотрите ранние заметки к Lm339, и вы найдете cct для использования в качестве операционного усилителя с низкой пропускной способностью. Компаратор оптимизирован для точного переключения и может уделять меньше внимания линейности и стабильности в линейных условиях.

— Рассел МакМахон

1

@ user25282 на самом деле, посмотрите таблицу данных LM339, на которую я ссылаюсь; Рисунок 33 имеет ГУН с выходом треугольной волны. Доказательство того, что вы можете иметь выходы, отличные от высокого или низкого от LM339.

— Фил Фрост

1

@sandos Если это компаратор с выходом с открытым коллектором, то все наоборот: он хорош для вытягивания затвора на землю, но подтягивание его до Vcc требует прохождения полного сопротивления подтягивающего резистора. Операционный усилитель может быть лучше, но не все операционные усилители хороши в управлении емкостными нагрузками. Но действительно лучшим решением для управления воротами MOSFET является микросхема драйвера ворот MOSFET.

— Фил Фрост

6

Они одинаковы, если вы используете дифференциальный усилитель в режиме насыщения ... тогда он выполняет функцию компаратора.

Но в основном Дифференциальный Усилитель - это Усилитель, который переносит его в ANALOG DOMAIN.

Компаратор дает сравнение входного напряжения с эталонным напряжением и выдает либо напряжение Vdd, либо Vss , это двоичное поведение переносит его в ЦИФРОВОЙ ДОМЕН .

— vvy
источник

3

Концептуально то же самое, но не всегда взаимозаменяемо, поскольку компаратор оптимизирован по-разному.

— Скотт Сейдман

так ... Как вывод компаратора выдает только Vcc + и Vcc-

— user25282

1

Компаратор оптимизирован для быстрого восстановления после насыщения выходного каскада, что хорошо для скорости. Большинство компараторов имеют выходной каскад с открытым коллектором или с открытым стоком, что облегчает компоновку окон здания или облегчает ИЛИ.

— Джиппи

@ user25282 + Vcc и -Vcc подвергаются сомнению, если мы делаем компаратор, используя усилитель (рабочий). Когда вы делаете усиление очень высоким (обычно с использованием операционного усилителя в разомкнутом контуре), усилитель быстро переходит в насыщение даже при минимальной разности напряжений.

— vvy

@vvy, я понимаю твою точку зрения. Так как Aol очень высокий, небольшие изменения приведут к насыщению ... но как насчет дифференциальной операции? усилитель Cirquitry .. Это контролируется резисторами, это должно быть ..

— user25282

6

TI Application Report Операционные усилители и компараторы - не путайте их! ¹ дает информативное сравнение операционных усилителей и компараторов. Суммируя пункты, выделенные в отчете:

Выходы компараторов иногда представляют собой открытый коллектор / сток для цифровой работы. Выходы нескольких компараторов могут быть связаны друг с другом для формирования логического элемента NAND:

Однако выход операционного усилителя всегда аналоговый, предназначенный для линейной работы.
Компараторы обычно работают с разомкнутым контуром, тогда как операционные усилители обычно работают с замкнутым контуром. Компаратор может быть использован с замкнутым контуром , чтобы добавить гистерезис, хотя:

$В_{ЧАС} знак равно \frac{р_{п}}{р_{п} + р_{ЧАС}}$ $V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$
Операционный усилитель может использоваться в качестве компаратора при настройке на разомкнутый контур, но это не рекомендуется:

Операционный усилитель, предназначенный для работы в замкнутом контуре, оптимизирован для применения в замкнутом контуре. Результаты при использовании операционного усилителя без обратной связи непредсказуемы. Ни один производитель полупроводников, включая Texas Instruments, не может и не будет гарантировать работу операционного усилителя, используемого в разомкнутом контуре. Транзисторы с аналоговым выходом, используемые в операционных усилителях, предназначены для вывода аналоговых сигналов и поэтому имеют большие линейные области. Транзисторы проведут чрезмерное количество времени в линейной области до насыщения, что увеличит время нарастания и спада.

...

Дизайн выходного каскада операционного усилителя - плохая новость для дизайнера, которому нужен компаратор с быстрым временем отклика. Транзисторы, используемые для выходных каскадов ОУ, не являются переключающими транзисторами. Это линейные устройства, предназначенные для точного вывода аналоговых сигналов. При насыщении они могут не только потреблять больше энергии, чем ожидалось, но они также могут зависать. Время восстановления может быть очень непредсказуемым. Одна партия устройств может восстановиться за микросекунды, другая - за 10 миллисекунд. Время восстановления не указано, поскольку оно не может быть проверено. В зависимости от устройства, оно может вообще не восстановиться. Ускоренное разрушение выходных транзисторов является явной возможностью в некоторых устройствах типа «железная дорога».

_{«Операционный усилитель и компараторы - не путайте их!», Брюс Картер, стр. 7-8}

В целом, операционные усилители рекомендуются для линейной работы и компараторы для сравнения напряжения. Это можно использовать определенные операционные усилители как компараторы с конфигурацией открытым контура, но производительность в таком режиме в будет плохой и / или непредсказуемый по сравнению с компаратором. И некоторые операционные усилители могут быть разрушены при использовании в такой конфигурации.

¹ Странно, но документ (идентификатор литературы SLOA067) не может быть найден по обычной ссылке на литературу ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ), ни при поиске названия или идентификатора литературы на веб-сайте TI , поэтому я связался с копией документа с другого сайта.

— Значение NULL
источник

1

Я думаю, что причина исчезновения SLOA067 заключается в том, что этот материал также появился в книге Брюса Картера (Op Amps for Everyone) books.google.com/books?id=nnCNsjpicJIC&pg=PA536 Он также был автором SLOA067. Analog Devices имеет несколько похожую заметку о приложении: analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/…

— Fizz,

1

@RespawnedFluff Ах, хорошая находка! Это наверное так.

— ноль

1

По-английски:

Компаратор возвращает логическое / цифровое значение: 0, если вход A выше, чем вход B, 1 в противном случае.

Дифференциальный операционный усилитель выводит аналоговое значение: разницу между входами, умноженную на специальный множитель для операционного усилителя (усиление).

В математике:

Дифференциальный операционный усилитель похож на эту функцию:

е (я_{1}, я_{2}) знак равно | я_{1} - я_{2} | \cdot м

$f(i_1, i_2) = | i_1 - i_2 | \cdot m$

$f$ $i_1$ $i_2$ $m$

Компаратор больше похож на это:

е (я_{1}, я_{2}) знак равно {\begin{cases} 0, & я_{1} < я_{2}, \\ 1, & я_{1} \geq я_{2} \end{cases}

$f(i_1,i_2)=\begin{cases} 0, & i_1 < i_2, \\ 1, & i_1 \ge i_2 \end{cases}$

Ааа ... у компаратора всегда один вход, который заземлен .. Итак .. Aol (c-0) = + Vss AOl (-c-0) = -Vss

— user25282

2

@ user25282 - Нет НИКАКОЙ причины требовать заземления одного входа компаратора. Входы в компаратор можно будет использовать при подключении к уровням напряжения в диапазоне синфазного напряжения на входе, как указано в техпаспорте. В сущности, компараторы часто имеют свои более отрицательные выводы питания, подключенные к GND, и если затем вход также подключается к GND, компаратор становится практически бесполезным из-за его функциональности «сравнения».

— Майкл Карас

1

Для практического проектирования систем вы можете использовать операционный усилитель в качестве компаратора, если вам не нужна очень высокая производительность. Однако, поскольку компараторы, как правило, предназначены для использования в цифровой логике, легче найти логически совместимые компараторы (например, с выходом 0 или 5 В). Кроме того, некоторые операционные усилители делают странные вещи, когда им позволяют насыщаться, поскольку они предназначены для использования в конфигурациях с замкнутым контуром. Например, они могут медленно восстанавливаться, что нежелательно для большинства приложений сравнения.

— Zuofu
источник