Різниця між диференціальним підсилювачем та порівняльником

18

Яка різниця між диференціальним підсилювачем і компаратором? Я знаю, що компаратор може дати мені лише два значення (значення постачання).

Підсилювач диференціальних підсилювачів підсилює різницю між входами ... але чи повинен компаратор не робити того ж? У чому полягає конкретна різниця?

operational-amplifier comparator differential

— користувач25282
джерело

Компанія Texas Instruments мала на це приклад, але я більше не можу його знайти. Назва була чимось за принципом "Оп-підсилювачів та компараторів: не плутай їх".

— Ренан

Це був SLOA067, але вони видалили його зі свого сайту. Хоча в Інтернеті довга пам'ять [er]. bytebucket.org/intelligentagent/replicape/raw/…

— Fizz

Дивіться також відповідь Нулла нижче та мій коментар нижче цього.

— Фіз

20

Як перше наближення, різниці немає. Подібне питання може бути "в чому різниця між двигуном постійного струму і генератором?" Будь-яка функціонує в будь-якій якості, але кожна оптимізована для отримання максимальних якостей за рахунок інших, відповідно до передбачуваної програми.

Порівняємо внутрішню схему для загального підсилювача, TL072 та загального компаратора LM339 :

TL072

TL072 схематично

LM339

LM339 схематично

Спільні речі:

диференціальне введення пари
дуже високий приріст

Відмінності:

TL072 використовує JFET для введення. Це тому, що JFET забезпечують надзвичайно високий вхідний опір, що бажано для підсилювача. Більшість оптичних підсилювачів передбачає, що струми зміщення (струми, що рухаються через входи) дорівнюють нулю, але це справедливо лише в тій мірі, коли вхідний опір нескінченний. Для порівняння ви хочете, щоб високий вхідний опір уникнути надмірного завантаження джерела, але це не так важливо, щоб вхідний опір був дуже високим.
LM339 має вихід на відкритому колекторі . Для компаратора це добре, оскільки дозволяє йому взаємодіяти з будь-якою кількістю вихідних напруг через резистор, що підтягується, або тривіально реалізовувати провідну або шину. Ви б не хотіли цього для підсилювача, тому що, як правило, ви хочете, щоб підсилювач був таким же хорошим в джерелі струму, як і його занурення, так що ваша форма сигналу виходу була симетричною. Зверніть увагу на вихідний сигнал PN-PNP для вимикача TL072.
LM339 може витягувати вихід на рівні від 0,2 В або до завдяки сильному виходу з відкритим колектором. TL072 визначає розмах вихідної напруги коли коли навантаження менше . $V_{cc}$ $\pm 10V$ $Vcc = 15V$ $2k\Omega$

Досвідчений дизайнер ІС, можливо, міг би вказати на більші відмінності, лише від схематичного. Я не з таких, але я можу побачити відмінності у таблицях. Наприклад, я не бачу коефіцієнта відхилення в загальному режимі або відключенні джерела живлення, гармонічного спотворення або рівня шуму, визначеного для LM339. Вони можуть бути виміряні для порівняння, і ви знайдете їх у кожному описному аркуші даних, але для порівняльної програми ці параметри не особливо актуальні, тому вони не задаються, і якщо вони були, то, ймовірно, будуть дуже бідний.

Отже, у кожному випадку ви можете використовувати підсилювач в якості компаратора або компаратор як підсилювач, якщо ваші вимоги не дуже вимогливі. Враховуючи різницю в тому, як вказані деталі, з технічних характеристик може бути неможливо дізнатися, як це буде виконано.

— Філ Мороз
джерело

Мені якось важко уявити Lm339 як диференціальний Op.amp .. Відкритий вихід колектора дозволяє мені лише 2 значення або високі, або низькі ..

— user25282

@ user25282 вихід з відкритого колектора не має нічого спільного. Елементарний підсилювач елементарного класу є подібно до виходу відкритого колектора, але транзистор працює в активній області. Це не бажаний режим роботи, тому коефіцієнт посилення настільки високий: щоб зменшити ймовірність того, що вхідні дані спричинить цю ситуацію. Отже, вам знадобиться негативний зворотний зв’язок, щоб він працював. Те саме стосується і підсилювача.

— Філ Мороз

1

@ user25282 - Am LM339 і LM324 - дуже схожі пристрої, які AFAIK походили від тих самих дизайнерів спочатку приблизно в той же час (давно давно), але 1-й - компаратор, а другий - підсилювач. Подивіться на ап-нотатки Lm339 на початку, і ви знайдете кокти для використання в якості оппаму з низькою пропускною здатністю. Компаратор оптимізований для чистого перемикання і може менше уваги приділяти лінійності та стабільності в лінійних умовах.

— Рассел Макмахон

1

@ user25282 насправді, перевірте таблицю даних LM339, яку я пов’язав; на фігурі 33 є VCO з трикутно-хвильовим виходом. Доказ того, що у LM339 ви можете мати інші результати, ніж високі або низькі.

— Філ Мороз

1

@sandos Якщо це компаратор з відкритим колекторним виходом, то це навпаки: добре витягувати ворота на землю, але підтягувати його до Vcc потрібно пройти через опір підтягуючого резистора. Оп-підсилювач може бути кращим, але не всі підсилювачі добре спрацьовують з ємними навантаженнями. Але насправді найкращим рішенням для керування воротами MOSFET є драйвер мікросхем MOSFET.

— Філ Мороз

6

Вони однакові, якщо ви керуєте диференціальним підсилювачем за насиченістю .. тоді він виконує функцію компаратора.

Але в основному диференціальний підсилювач - це підсилювач, який переносить його на АНАЛОГ ДОМАН

Порівняльник дає порівняння вхідного напруги з еталонним напругою і дає будь-яке джерело живлення Vdd або Vss , це бінарне поведінка враховує його в ЦИФРОВІЙ ДОМЕ .

— vvy
джерело

3

Концептуально те саме, але не завжди взаємозамінне, оскільки компаратор оптимізовано по-різному.

— Скотт Сейдман

так ... Яким чином вихід компаратора видає тільки Vcc + та Vcc-

— user25282

1

Компаратор оптимізований для швидкого відновлення після насичення вихідної стадії, що добре для швидкості. Більшість компараторів мають відкритий колектор або вихідну ступінь випуску зливу, це полегшує побудову віконних компараторів або просто АР'інг.

— jippie

@ user25282 + Vcc і -Vcc ставлять під сумнів, якщо ми робимо компаратор, використовуючи підсилювач (операційний). Коли ви зробите коефіцієнт підсилення дуже високим (зазвичай, використовуючи підсилювач у відкритому циклі), підсилювач швидко перейде в насичення навіть за найменшої різниці напруги.

— vvy

@vvy Я бачу вашу думку .. Оскільки Aol дуже високі, невеликі зміни змусять його перейти до насичення .. а як щодо диференціальної оп. Підсилювальна циркуляція .. Чи контролюється це резисторами, це повинно бути ..

— user25282

6

Звіт про додатки TI Op Amp та компаратори - не плутайте їх! ¹ забезпечує інформативне порівняння підсилювачів та порівняльних пристроїв. Узагальнення балів, виділених у звіті:

Виходи компараторів іноді є відкритим колектором / стоком для цифрової роботи. Кілька виходів компараторів можуть бути пов'язані між собою, щоб сформувати ворота NAND:

Однак вихідний підсилювач завжди аналоговий, призначений для лінійної роботи.
Компаратори, як правило, працюють із відкритим контуром, тоді як підсилювачі напруги, як правило, працюють із закритим контуром. Компаратор може бути використаний із замкнутим контуром , щоб додати гістерезис, хоча:

$V_{Н} = \frac{R_{П}}{R_{П} + R_{Н}}$ $V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$
Операційний підсилювач може використовуватися як компаратор при налаштуванні для відкритого циклу, але це не рекомендується:

Операційний підсилювач, призначений для роботи із замкнутим циклом, оптимізований для додатків із закритим циклом. Результати, коли використовується підсилювач з відкритим циклом, непередбачувані. Жоден виробник напівпровідників, включаючи Texas Instruments, не може і не забезпечить роботу підсилювача, що використовується в додатку з відкритим контуром. Аналогові вихідні транзистори, що використовуються в підсилювачах, розроблені для виходу аналогових форм хвиль, і тому мають великі лінійні області. Транзистори витратять непосильну кількість часу в лінійній області до насичення, зробивши час підйому і падіння тривалим.

...

Проектування вихідного підсилювача підсилювача - це погана новина для дизайнера, якому потрібен компаратор із швидким часом відгуку. Транзистори, що використовуються для вихідних ступенів підсилювача, не є комутаційними транзисторами. Вони є лінійними пристроями, призначеними для виведення точного зображення аналогових форм хвиль. При насиченні вони можуть не тільки спожити більше енергії, ніж очікувалося, але й можуть зафіксуватися. Час відновлення може бути дуже непередбачуваним. Одна партія пристроїв може відновитись за мікросекунди, інша партія - за 10 секунд мілісекунд. Час відновлення не вказано, оскільки його неможливо перевірити. Залежно від пристрою, він може взагалі не відновитись. Руйнування рухомих вихідних транзисторів є виразною можливістю в деяких пристроях залізничного транспорту.

_{"Операційний підсилювач та компаратори - не плутайте їх!", Брюс Картер, стор. 7-8}

В цілому оптичні підсилювачі рекомендуються для лінійної роботи, а порівняльники для порівняння напруги. Це можна використовувати певні операційні підсилювачі як компаратори з конфігурацією відкритим контура, але продуктивність в такому режимі в буде поганий і / або непередбачуваний по порівнянні з компаратором. І деякі підсилювачі можуть бути знищені при використанні в такій конфігурації.

¹ Як не дивно, документ (ідентифікатор літератури SLOA067) неможливо знайти за звичайною літературною посиланням ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ), ні шляхом пошуку заголовка чи ідентифікатора літератури на веб-сайті TI , тому я пов’язав копію документа з іншого сайту.

— Нуль
джерело

1

Я думаю, що причина зникнення SLOA067 полягає в тому, що матеріал також з’являється у книзі Брюса Картера (Op Amps for Every ) books.google.com/books?id=nnCNsjpicJIC&pg=PA536 Він також був автором SLOA067. Аналогові пристрої мають дещо схожу примітку програми: analog.com/media/en/techničke-documentation/application-notes/…

— Fizz

1

@RespawnedFluff Ах, хороша знахідка! Це, мабуть, саме так.

— Нуль

1

Англійською:

Компаратор повертає булеве / цифрове значення: 0, якщо вхід A вище, ніж вхід B, 1 інакше.

Диференціальний підсилювач виводить аналогове значення: різницю між входами, помножену на множник, що підходить для підсилювача (посилення).

По математиці:

Диференціальний підсилювач схожий на цю функцію:

f (i_{1}, i_{2}) = | i_{1} - i_{2} | \cdot м

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

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

Порівняльник більше подібний:

f (i_{1}, i_{2}) = {\begin{cases} 0, & i_{1} < i_{2}, \\ 1, & i_{1} \geq i_{2} \end{cases}

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

Ааа ... Компаратор завжди має один вхід, який є заземленим .. Отже .. Aol (c-0) = + Vss AOl (-c-0) =

— -Vss

2

@ user25282 - Немає жодної причини вимагати, щоб один вхід компаратора був заземлений. Входи в компаратор можна використовувати при підключенні до рівнів напруги в межах діапазону Вхідної загальної напруги в режимі, як зазначено в аркуші даних. По суті, компаратори найчастіше мають свої більш негативні силові штифти, підключені до GND, і якщо вхід також підключений до GND, компаратор стає поруч марним для його "порівняльної" функціональності.

— Майкл Карась

1

Для практичного проектування систем ви можете використовувати підсилювач в якості компаратора, якщо вам не потрібні дуже високі показники. Однак, оскільки компаратори, як правило, розроблені таким чином, щоб перейти в цифрову логіку, простіше знайти логічно сумісні компаратори (наприклад, з виходом 0 або 5 В). Крім того, деякі підсилювачі роблять дивні речі, коли їм дозволяється наситити, оскільки вони розроблені для використання в конфігураціях із замкнутим циклом. Наприклад, вони можуть повільно відновлюватися, що небажано для більшості програм порівняння.

— Зуофу
джерело