в чем разница между компаратором и операционным усилителем
Разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором
В чем разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором? Я знаю, что компаратор может дать мне только два значения (значения предложения).
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
LM339
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.
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.
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.
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.
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.
Разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором
В чем разница между дифференциальным операционным усилителем и компаратором? Я знаю, что компаратор может дать мне только два значения (значения питания).
5 ответов
В первом приближении нет разницы. Аналогичным вопросом может быть «какая разница между двигателем постоянного тока и генератором?» Любой из них будет функционировать в любой емкости, но каждый из них оптимизирован, чтобы максимизировать определенные качества за счет других, в соответствии с предполагаемым приложением.
Давайте сравним внутреннюю схему для обычного операционного усилителя, TL072 и общий компаратор LM339 :
TL072
LM339
TL072 использует JFET для ввода. Это связано с тем, что JFET обеспечивают чрезвычайно высокий входной импеданс, что желательно для операционного усилителя. В большинстве экспериментов с УФ-усилителем предполагается, что токи смещения (токи, движущиеся через входы) равны нулю, но это верно только в том случае, когда входной импеданс бесконечен. Для компаратора вам нужен высокий входной импеданс, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на источник, но не так важно, чтобы входное сопротивление было very высоким.
Опыт опытного дизайнера IC может указывать на большее количество различий, только от схемы. Я не из тех, но вижу различия в таблицах. Например, для LM339 я не вижу общий коэффициент подавления синфазного сигнала или коэффициента подавления питания, гармонического искажения или шума. Их можно было бы измерить для компаратора, и вы найдете их в каждом описании op-amp, но для приложения-компаратора эти параметры не имеют особого значения, поэтому они не указаны, и если бы они были, это, вероятно, было бы очень бедные.
Итак, в каждом случае вы можете использовать op-amp в качестве компаратора или компаратора в качестве op-amp, если ваши требования не очень требовательны. Учитывая разницу в том, как детали указаны, может быть невозможно узнать из спецификаций, как это будет выполняться.
Отчет о приложении TI %20Op%20Amp%20and%20Comparators%20-%20%D0%9D%D0%B5%20%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%B0%D0%B9%D1%82%D0%B5%20%D0%B8%D1%85!%20%20 %201%20 %20%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%B5%D1%82%20%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D1%81%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BE%D0%BF-%D1%83%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B9%20%D0%B8%20%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2.%20%D0%9E%D0%B1%D0%BE%D0%B1%D1%89%D0%B0%D1%8F%20%D0%BF%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%82%D1%8B,%20%D0%B2%D1%8B%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B2%20%D0%BE%D1%82%D1%87%D0%B5%D1%82%D0%B5:%20
%20%D0%92%D1%8B%D1%85%D0%BE%D0%B4%D1%8B%20%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2%20%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%B4%D0%B0%20%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D1%8E%D1%82%20%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B9%20%D0%BE%D1%82%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D1%8B%D0%B9%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%20/%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B0%D0%B6%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%D1%86%D0%B8%D1%84%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B.%20%D0%92%D1%8B%D1%85%D0%BE%D0%B4%D1%8B%20%D0%BD%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BA%D0%B8%D1%85%20%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2%20%D0%BC%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D0%BE%20%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D0%B2%D0%BC%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B5,%20%D1%87%D1%82%D0%BE%D0%B1%D1%8B%20%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%20NAND:%20 
>
Однако выход операционного усилителя всегда аналоговый, предназначенный для линейного управления.
Компараторы обычно работают с разомкнутым контуром, тогда как операционные усилители обычно работают с замкнутым контуром. Компаратор может использоваться с замкнутым контуром для добавления гистерезиса: >
Операционный усилитель, предназначенный для работы в замкнутом контуре, оптимизирован для приложений с замкнутым контуром. Результаты, когда операционный усилитель используется открытым контуром, непредсказуемы. Никакой производитель полупроводников, включая Texas Instruments, не может или не гарантирует работу операционного усилителя, используемого в приложении с открытым контуром. Аналоговые выходные транзисторы, используемые в ОУ, предназначены для вывода аналоговых сигналов и, следовательно, имеют большие линейные области. Транзисторы будут тратить чрезмерное количество времени в линейной области до насыщения, что приводит к увеличению времени нарастания и спада.
В целом, операционные усилители рекомендуются для линейного управления и компараторов для сравнения напряжения. возможно использовать некоторые операционные усилители в качестве компараторов с конфигурацией с открытым контуром, но производительность в таком режиме будет плохой и /или непредсказуемой по сравнению с компаратором. И некоторые операционные усилители могут быть уничтожены при использовании в такой конфигурации.
По-английски:
Компаратор возвращает логическое /цифровое значение: 0, если вход A выше, чем вход B, 1 в противном случае.
Дифференциальный ОУ выдает аналоговое значение: разность между входами, умноженная на множитель, специфичный для ОУ (усиление).
В mathy:
Дифференциальный операционный усилитель подобен этой функции:
Компаратор больше похож на это:
$$ f (i_1, i_2) = \ begin
Для практического проектирования систем вы можете использовать операционный усилитель в качестве компаратора, если вам не нужна высокая производительность. Однако, поскольку компараторы, как правило, предназначены для перехода в цифровую логику, легче найти совместимые с логикой компараторы (например, с выходом 0 или 5 В). Кроме того, некоторые операционные усилители делают странные вещи, когда им разрешено насыщаться, поскольку они предназначены для использования в конфигурациях с замкнутым контуром. Например, они могут быть медленными для восстановления, что нежелательно для большинства приложений-компараторов.
Falconist. Мемуары
Быстродействие ОУ по сравнению с компараторами
Запись опубликовал Falconist · 5 сентября, 2016
Что меня поражает: схемы ЛБП традиционно выполняются на ОУ. И настолько этот постулат въелся в сознание, что другое даже себе не представляется. Я не имею в виду дискретные компоненты! Именно интегральные микросхемы. А задумывался ли кто-нибудь о быстродействии ОУ, да еще при их последовательном включении? Видимо, нет. А я вот задумался и щас кого-то, наверное, очень сильно удивлю. Так что крепче держитесь за стул.
Как видим, за исключением двухтактного выходного каскада (обведено рамкой) и некоторых различий в токах, формируемых генераторами тока, обе микросхемы очень похожи (НЕ идентичны, а именно похожи).
В Мультисиме включил их параллельно в режиме компаратора. Для выхода LM393 подключил нагрузочный резистор 2 кОм. На вход подал прямоугольный сигнал частотой 5, 50 и 500 кГц.
Компаратор формирует четкие прямоугольные импульсы. С выхода ОУ фронты завалены.
Это я специально взял отнюдь не самые лучшие приборы! Токмо чтобы показать разницу в работе.
ElectronicsBlog
Обучающие статьи по электронике
Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ
Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах, где ОУ охвачен отрицательной обратной связью, которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью (ПОС).
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Работа операционного усилителя без обратной связи
Как известно напряжение на выходе ОУ UВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения UД (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению КU
Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь (ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.
Принцип работы компаратора
Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже
Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.
В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение UBX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения UОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение UBX больше опорного UОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –UНАС и остаётся неизменным пока входное напряжение UBX не уменьшиться ниже опорного напряжения UОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +UНАС.
На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.
Основные схемы компаратора
Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор сравнивает два напряжения с учётом знака. Расссмотрим обе схемы подробнее.
Схема одновходового компаратора.
На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения UBX и опорного напряжения UОП приведённого к инвертирующему входу UПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах UBX и UПРИВ должны иметь разную полярность.
Приведённое напряжение UПРИВ можно вычислить по следующему выражению
Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2
Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.
Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже
Схема двухвходового компаратора.
В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением UBX и UОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.
Компараторы применяются в широком спектре схем:
При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже
Появление ложных импульсов на выходе компаратора.
Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.
Триггер Шмитта
Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.
В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения. Данное различие иллюстрирует изображение ниже
Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).
Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера UВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера UНП.
Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже
Триггер Шмитта на операционном усилителе.
Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.
Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера UВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения UНАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания UПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения UВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения UНАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания UПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением
Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания UНП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения UНАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением
Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса UГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания UВП и нижнего порога срабатывания UНП
Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.
Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта
Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение UВЫХ изменяется от UНАС+ до UНАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).
Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже
Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.
Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (UВХ 
Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.
В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.
При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве UНАС+ необходимо использовать UСТ (когда используется один стабилитрон) или UСТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо UНАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или UСТVD2 (при двухстороннем ограничении).
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.