運算放大器與比較器相比有何不同之處

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2022-03-18 02:45:25 8

運算放大器和比較器在外觀和原理圖符號上很相似，如果對標志進行打磨，很難區分兩者。此外，許多初學者經常將運算放大器與比較器混淆，因為在某些應用中，運算放大器在許多電路中用作比較器。本文分享了這些差異。

圖1 運放管腳示意圖

運放和比較器的功能表述如下

運算放大器，是一種用于信號調理的模擬芯片。比如對信號作放大，濾波，求和等。

比較器則是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓作比較的電路。

運放是用于負反饋系統，而比較器一般是用于開環系統，也可引入正反饋設計成遲滯比較器。

a) 運放的反應速度與壓擺率相關，在輸入一個階躍信號時，運放以一定的速度建立，而比較器則是馬上發生翻轉。

b) 一些高壓的運放，以及Bipolar(三極管) 工藝的運放，兩個輸入引腳之間會存在雙向鉗位二極管（見圖2）。比較器沒有雙向鉗位的二極管，輸入差模信號大了對比較器的影響也較小。所以把運放當比較器來用，要判斷是否需要加限流電阻，以免燒掉運放。

c) 運放一般由帶寬，壓擺率衡量其翻轉速度，而比較器則用T PHL，T PLH，T fall，T rise，來表示速度。一個簡單的計算比較器速度方法是：

d) 比較器的輸出可以表征兩個輸入端的電位高低。現在市面上大部分比較器的輸出都可以兼容TTL和CMOS電平，比較器的輸出始終為正負電源軌之一。但是運算放大器的輸出是模擬信號，目前低壓CMOS型的運放一般都能做到軌到軌輸出。

e) 運放輸出過載后，需要比較長的恢復時間；而比較器的過載恢復時間非常短。

f) 有些運放的輸入共模電壓范圍，不包含正電源軌；許多比較器的輸入是支持到正電源軌的。

g) 運放可以當比較器使用（在一些低速翻轉場合可以），而比較器不能當運放使用。

圖2 運放內部輸入保護電路

綜上所述，運放與比較器的不同之處是所處的工作區域不一樣，運算放大器一般都工作在線性區域（閉環）。在線性區域運放的輸入電壓與輸出電壓呈一定比例關系，可做放大功能。

比較器工作在非線性區域（開環），即在這個區域比較器的輸入與輸出不再成比例輸出，這時也就沒有放大作用了。在這個階段它的輸出只有兩個狀態，那就是“高電平”和“低電平”狀態，如果用數字表示的話就是“1”和“0”的概念。在一般的通用放大器中都會有線性和非線性這兩個區域，而在比較器中只有非線性這一個區域，簡單來概括，放大器在對速度要求不高的場景下可以用作比較器（需注意共模輸入電壓范圍），但比較器不能夠當作放大器來用。

二者內部電路結構不同，運算放大器的輸出級一般是推挽電路架構。而部分比較器的輸出級是漏極開路或者源極開路架構，需要上拉電阻或者下拉電阻與后級數字電路電壓匹配。

另附開漏輸出與推挽輸出結構的對比：