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运算放大器和比较器无论外观或图纸符号都差不多,那么它们究竟有什么区别?& g9 B5 F* [. f d- A
2 K) V. S* T9 s i首先了解一下两者的内部区别,如下图:8 I1 l/ C, v$ n7 H M
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4 ?* G& B U. [0 q3 d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8 _% O+ _2 K) r9 |0 G
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(1)电路结构
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, v* p7 D+ R _; L1 R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。
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$ i0 s# ^, A' U, v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。
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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。
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(2)闭环特性
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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。
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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。8 ~. P7 L# Q; A7 f2 e
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所以相同价位档次的比较器和放大器最好是各司其责。如同放大器可以用作比较器一样,也不能排除比较器也可以用作放大器,但是为了让它闭环稳定所付出的代价可能超过加一个放大器。
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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。但是一定要作大量的试验,以保证在产品的所有工作状态下都稳定,这时候就要成本/风险仔细核算一下了。4 K0 r. } @: q# l
8 J x0 R2 E/ d' _(3)准确度0 K. T. Y8 I( v) e
+ H# b2 k6 `- m0 t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。$ F$ }) M( l$ H+ t
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一般情况:用运放做比较器,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。3 V9 s5 ]$ ~/ e2 M. A
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比较器的翻转速度快,大约在ns 数量级,而运放翻转速度一般为us 数量级(特殊的高速运放除外)。2 J; o# r8 X* [+ M
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运放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。
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