Różnica między różnicowym wzmacniaczem operacyjnym a komparatorem

18

Jaka jest różnica między różnicowym wzmacniaczem operacyjnym a komparatorem? Wiem, że komparator może podać mi tylko dwie wartości (wartości dostaw).

Różnicowy wzmacniacz operacyjny wzmacnia różnicę między wejściami ... ale czy komparator nie powinien zrobić tego samego? Jaka jest konkretna różnica?

operational-amplifier comparator differential

— użytkownik25282
źródło

Texas Instruments miał na ten temat przypis, ale nie mogę go już znaleźć. Tytuł brzmiał: „Wzmacniacze operacyjne i komparatory: nie myl ich”.

— Renan

To był SLOA067, ale usunęli go ze swojej witryny. Internet ma jednak dłuższą pamięć. bytebucket.org/intelligentagent/replicape/raw/…

— Fizz

Zobacz także odpowiedź Null poniżej i mój komentarz poniżej.

— Fizz,

20

Jako pierwsze przybliżenie nie ma różnicy. Podobne pytanie może brzmieć „jaka jest różnica między silnikiem prądu stałego a generatorem?” Każda z nich będzie działać w dowolnej pojemności, ale każda jest zoptymalizowana, aby zmaksymalizować niektóre cechy kosztem innych, zgodnie z zamierzonym zastosowaniem.

Porównajmy wewnętrzny schemat dla wspólnego op-amp, TL072 i wspólnego komparatora, LM339 :

TL072

Schemat TL072

LM339

Schemat LM339

Wspólne rzeczy:

wejście pary różnicowej
bardzo wysoki zysk

Różnice:

TL072 używa JFET jako danych wejściowych. Wynika to z faktu, że JFET zapewniają wyjątkowo wysoką impedancję wejściową, co jest pożądane w przypadku wzmacniacza operacyjnego. Większość analiz wzmacniaczy operacyjnych zakłada, że prądy polaryzacji (prądy przepływające przez wejścia) są równe zero, ale jest to prawdą tylko w takim stopniu, w jakim impedancja wejściowa jest nieskończona. Dla komparatora chcesz wysokiej impedancji wejściowej, aby uniknąć nadmiernego obciążenia źródła, ale nie jest tak ważne, aby impedancja wejściowa była bardzo wysoka.
LM339 ma wyjście typu otwarty kolektor . Dla komparatora jest to dobre, ponieważ pozwala mu na połączenie z dowolną liczbą napięć wyjściowych przez rezystor podciągający lub w prosty sposób zaimplementować przewodową lub magistralę. Nie chciałbyś tego dla wzmacniacza operacyjnego, ponieważ zwykle chcesz, aby wzmacniacz operacyjny był tak dobry w pozyskiwaniu prądu, jak jego zatapianie, dzięki czemu kształt fali wyjściowej jest symetryczny. Zwróć uwagę na wyjście pary push-pull NPN-PNP TL072.
LM339 może pobierać tak niskie napięcie, jak 0,2 V lub tak wysokie, jak , dzięki wyjściu typu otwarty kolektor. TL072 określa wahanie napięcia wyjściowego na poziomie gdy gdy obciążenie jest mniejsze niż . $V_{cc}$ $\pm 10V$ $Vcc = 15V$ $2k\Omega$

Doświadczony projektant układów scalonych mógłby prawdopodobnie wskazać więcej różnic, od samego schematu. Nie jestem jednym z nich, ale widzę różnice w arkuszach danych. Na przykład nie widzę współczynnika wspólnego trybu lub współczynnika odrzucenia zasilacza, zniekształceń harmonicznych lub szumu określonych w ogóle dla LM339. Można je zmierzyć dla komparatora, a znajdziesz je w każdym arkuszu danych wzmacniacza operacyjnego, ale dla aplikacji komparatora te parametry nie są szczególnie istotne, więc nie są określone, a jeśli tak, to prawdopodobnie byłyby bardzo ubogi.

Tak więc w każdym przypadku możesz użyć wzmacniacza operacyjnego jako komparatora lub komparatora jako wzmacniacza operacyjnego, jeśli twoje wymagania nie są bardzo wymagające. Biorąc pod uwagę różnicę w sposobie określania części, może nie być możliwe ustalenie ze specyfikacji, jak to będzie nawet działać.

— Phil Frost
źródło

Trochę trudno mi sobie wyobrazić Lm339 jako różnicowy wzmacniacz operacyjny .. Wyjście otwartego kolektora pozwala mi tylko na 2 wartości, wysokie lub niskie.

— user25282

@ user25282 wyjście typu otwarty kolektor nie ma z tym nic wspólnego. Wspólny wzmacniacz emitera klasy elementarnej A jest jak wyjście z otwartym kolektorem, ale tranzystor działa w obszarze aktywnym. Nie jest to pożądany tryb działania, dlatego wzmocnienie jest tak wysokie: aby zmniejszyć prawdopodobieństwo, że wejścia spowodują taką sytuację. Będziesz więc potrzebować negatywnych informacji zwrotnych, aby działało. To samo dotyczy wzmacniacza operacyjnego.

— Phil Frost,

1

@ user25282 - Am LM339 i LM324 to bardzo podobne urządzenia, które AFAIK pochodziły od tych samych projektantów pierwotnie mniej więcej w tym samym czasie (dawno temu), ale pierwszy to komparator, a drugi to opamp. Spójrz na wczesne notatki Lm339, a znajdziesz ccts do wykorzystania jako opamp o niskiej przepustowości. Komparator jest zoptymalizowany pod kątem czystego przełączania i może mniej zwracać uwagę na liniowość i stabilność w warunkach liniowych.

— Russell McMahon,

1

@ user25282 w rzeczywistości sprawdź połączony arkusz danych LM339; Rycina 33 ma VCO z wyjściem fali trójkątnej. Dowód, że możesz mieć wyjścia inne niż wysokie lub niskie z LM339.

— Phil Frost,

1

@sandos Jeśli jest to komparator z wyjściem z otwartym kolektorem, to jest odwrotnie: dobrze ciągnie bramę do ziemi, ale ciągnięcie jej do Vcc wymaga przejścia przez impedancję rezystora podciągającego. Wzmacniacz operacyjny może być lepszy, ale nie wszystkie wzmacniacze operacyjne są dobre w sterowaniu obciążeniami pojemnościowymi. Ale naprawdę najlepszym rozwiązaniem do sterowania bramą MOSFET jest układ scalony sterownika bramy MOSFET.

— Phil Frost

6

Są takie same, jeśli używasz wzmacniacza różnicowego w nasyceniu .. wtedy pełni on funkcję komparatora.

Ale w zasadzie wzmacniacz różnicowy jest wzmacniaczem, który przenosi go do DOMENY ANALOGOWEJ

Komparator daje porównanie napięcie wejściowe przeciwko napięcia odniesienia i daje zarówno podaży Vdd lub Vss , to binarny zachowanie zabiera go do Digital Domain .

— vvy
źródło

3

Koncepcyjnie to samo, ale nie zawsze wymienne, ponieważ komparator jest zoptymalizowany w różny sposób.

— Scott Seidman

więc ... W jaki sposób dane wyjściowe komparatora dają tylko Vcc + i Vcc-

— user25282

1

Komparator jest zoptymalizowany do szybkiego odzyskiwania po nasyceniu stopnia wyjściowego, co jest dobre dla prędkości. Większość komparatorów ma stopień wyjściowy z otwartym kolektorem lub otwartym drenem, co ułatwia budowanie komparatorów okien lub łatwe OR'owanie.

— jippie

@ user25282 + Vcc i -Vcc mają wątpliwości, czy wykonujemy komparator przy użyciu wzmacniacza (operacyjnego). Kiedy ustawisz wzmocnienie na bardzo wysokie (zwykle przy użyciu wzmacniacza operacyjnego w otwartej pętli), wzmacniacz szybko przejdzie w nasycenie nawet przy najmniejszej różnicy napięcia.

— vvy

@vvy rozumiem twój punkt .. Ponieważ Aol jest bardzo wysoki, małe zmiany spowodują, że dojdzie do nasycenia .. ale co z różnicowym op. Wzmacniacz Cirquitry .. Czy to jest kontrolowane przez rezystory, to musi być ..

— user25282 16.06.13

6

Raport aplikacyjny TI Wzmacniacz operacyjny i komparatory - nie myl ich! ¹ zapewnia pouczające porównanie wzmacniaczy operacyjnych i komparatorów. Podsumowując punkty podkreślone w raporcie:

Wyjścia komparatorów są czasem otwartym kolektorem / odpływem do pracy cyfrowej. Wiele wyjść komparatorów można połączyć w celu utworzenia bramki NAND:

Jednak wyjście wzmacniacza operacyjnego jest zawsze analogowe, przeznaczone do pracy liniowej.
Komparatory zwykle działają z otwartą pętlą, podczas gdy wzmacniacze operacyjne są zwykle obsługiwane z zamkniętą pętlą. Komparator może być użyty z zamkniętą pętlą, aby dodać histerezę, jednak:

${V.}_{H.} = \frac{R_{P.}}{R_{P.} + R_{H.}}$ $V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$
Wzmacniacz operacyjny może być używany jako komparator podczas konfiguracji dla otwartej pętli, ale nie jest to zalecane:

Wzmacniacz operacyjny, przeznaczony do pracy w pętli zamkniętej, jest zoptymalizowany do zastosowań w pętli zamkniętej. Rezultaty zastosowania wzmacniacza operacyjnego w otwartej pętli są nieprzewidywalne. Żaden producent półprzewodników, w tym Texas Instruments, nie może ani nie zapewni działania wzmacniacza operacyjnego stosowanego w aplikacji z otwartą pętlą. Tranzystory wyjściowe analogowe stosowane we wzmacniaczach operacyjnych są przeznaczone do wyjścia przebiegów analogowych i dlatego mają duże regiony liniowe. Tranzystory spędzą nadmiernie dużo czasu w obszarze liniowym przed nasyceniem, dzięki czemu czasy narastania i opadania są długie.

...

Konstrukcja stopnia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego to zła wiadomość dla projektanta, który potrzebuje komparatora o krótkim czasie reakcji. Tranzystory stosowane do stopni wyjściowych wzmacniacza operacyjnego nie są tranzystorami przełączającymi. Są to urządzenia liniowe, zaprojektowane w celu uzyskania dokładnej reprezentacji analogowych przebiegów. Po nasyceniu mogą nie tylko zużywać więcej energii, niż się spodziewano, ale mogą również się podciągnąć. Czas powrotu do zdrowia może być bardzo nieprzewidywalny. Jedna partia urządzeń może odzyskać w mikrosekundach, inna partia w 10 milisekundach. Czas odzyskiwania nie jest określony, ponieważ nie można go przetestować. W zależności od urządzenia może się nie odzyskać. Niekontrolowane zniszczenie tranzystorów wyjściowych jest wyraźną możliwością w niektórych urządzeniach typu szyna-szyna.

_{„Wzmacniacz operacyjny i komparatory - nie mylcie ich!”, Bruce Carter, s. 7-8}

Ogólnie rzecz biorąc, wzmacniacze operacyjne są zalecane do pracy liniowej, a komparatory do porównywania napięcia. Jest możliwe stosowanie pewnych wzmacniaczy operacyjnych jak komparatory z konfiguracji otwartej pętli, ale wydajność w takim trybie do będzie słabe i / lub nieprzewidywalna porównaniu z porównawczym. A niektóre wzmacniacze operacyjne mogą zostać zniszczone, jeśli zostaną użyte w takiej konfiguracji.

¹ Co dziwne, dokumentu (identyfikator literatury SLOA067) nie można znaleźć pod zwykłym linkiem do literatury ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ) ani po wyszukaniu tytułu lub identyfikatora literatury na stronie internetowej TI , więc odsyłam do kopii dokumentu z innej strony.

— Zero
źródło

1

Myślę, że powodem zniknięcia SLOA067 jest to, że materiał pojawia się również w książce Bruce'a Cartera (Op Amps for Everyone) books.google.com/books?id=nnCNsjpicJIC&pg=PA536 Był także autorem SLOA067. Analog Devices ma nieco podobną notatkę do aplikacji: analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/...

— Fizz

1

@RespawnedFluff Ah, dobre znalezisko! To pewnie to.

— Null

1

Po angielsku:

Komparator zwraca wartość logiczną / cyfrową: 0, jeśli wejście A jest wyższe niż wejście B, w przeciwnym razie 1.

Różnicowy wzmacniacz operacyjny wyprowadza wartość analogową: różnicę między wejściami, pomnożoną przez mnożnik właściwy dla wzmacniacza operacyjnego (wzmocnienie).

W matematyce:

Różnicowy wzmacniacz operacyjny jest podobny do tej funkcji:

fa ({ja}_{1}, {ja}_{2)}) = | {ja}_{1} - {ja}_{2)} | \cdot m

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

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

Komparator jest bardziej podobny do tego:

fa ({ja}_{1}, {ja}_{2)}) = {\begin{cases} 0, & {ja}_{1} < {ja}_{2)}, \\ 1, & {ja}_{1} \geq {ja}_{2)} \end{cases}

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

Ahh ... Komparator ma zawsze jedno wejście, które jest uziemione. Więc .. Aol (c-0) = + Vss AOl (-c-0) = -Vss

— user25282

2

@ user25282 - Nie ma żadnego powodu, aby wymagać uziemienia jednego wejścia komparatora. Wejścia do komparatora będą użyteczne przy połączeniach z poziomami napięcia w całym zakresie wejściowego napięcia w trybie wspólnym, jak określono w karcie danych. Zasadniczo, komparatory często mają swoje ujemne styki zasilania podłączone do GND, a jeśli wejście zostanie następnie również podłączone do GND, komparator staje się prawie bezużyteczny ze względu na swoją funkcję „porównywania”.

— Michael Karas

1

Do praktycznego projektowania systemów można użyć wzmacniacza operacyjnego jako komparatora, jeśli nie potrzebujesz bardzo wysokiej wydajności. Ponieważ jednak komparatory mają tendencję do projektowania w logice cyfrowej, łatwiej jest znaleźć komparatory kompatybilne z logiką (na przykład o wyjściu 0 lub 5 V). Ponadto niektóre wzmacniacze operacyjne robią dziwne rzeczy, gdy mogą się nasycić, ponieważ są przeznaczone do stosowania w konfiguracjach z zamkniętą pętlą. Na przykład odzyskiwanie może być powolne, co jest niepożądane w przypadku większości aplikacji komparacyjnych.

— Zuofu
źródło