Differenz zwischen Differenzverstärker und Komparator

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Was ist der Unterschied zwischen einem Differenzial-Operationsverstärker und einem Komparator? Ich weiß, ein Komparator kann mir nur zwei Werte geben (die Versorgungswerte).

Der differentielle Operationsverstärker verstärkt die Differenz zwischen den Eingängen ... aber sollte ein Komparator dann nicht dasselbe tun? Was ist der spezifische Unterschied?

operational-amplifier comparator differential

— user25282
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Texas Instruments hatte eine Appnote dazu, aber ich kann sie nicht mehr finden. Der Titel war etwas in der Art von "Operationsverstärkern und Komparatoren: Verwechseln Sie sie nicht".

— Renan

Es war SLOA067, aber sie haben es von ihrer Site entfernt. Das Internet hat jedoch einen langen Speicher. bytebucket.org/intelligentagent/replicape/raw/…

— Fizz

Siehe auch die Antwort von Null und meinen Kommentar darunter.

— Fizz

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In erster Näherung gibt es keinen Unterschied. Eine ähnliche Frage könnte lauten: "Was ist der Unterschied zwischen einem Gleichstrommotor und einem Generator?" Beides funktioniert in jeder Funktion, aber jedes ist so optimiert, dass bestimmte Qualitäten auf Kosten anderer je nach der beabsichtigten Anwendung maximiert werden.

Vergleichen wir das interne Schema für einen gemeinsamen Operationsverstärker TL072 und einen gemeinsamen Komparator LM339 :

TL072

TL072 schematisch

LM339

LM339 schematisch

Gemeinsame Dinge:

Differentialpaar - Eingang
sehr hoher Gewinn

Unterschiede:

Der TL072 verwendet JFETs für den Eingang. Dies liegt daran, dass JFETs eine extrem hohe Eingangsimpedanz liefern, was für einen Operationsverstärker wünschenswert ist. Die meisten Operationsverstärker-Analysen gehen davon aus, dass die Vorspannungsströme (die durch die Eingänge fließenden Ströme) Null sind, dies gilt jedoch nur in dem Maße, in dem die Eingangsimpedanz unendlich ist. Für einen Komparator möchten Sie eine hohe Eingangsimpedanz, um zu vermeiden, dass die Quelle übermäßig belastet wird. Es ist jedoch nicht so wichtig, dass die Eingangsimpedanz sehr hoch ist.
Der LM339 hat einen Open-Collector- Ausgang. Für einen Komparator ist dies gut, da er über einen Pull-up-Widerstand eine Schnittstelle mit einer beliebigen Anzahl von Ausgangsspannungen bildet oder einen Kabel- oder Bus trivial implementiert. Sie möchten dies nicht für einen Operationsverstärker, weil Sie normalerweise möchten, dass ein Operationsverstärker den Strom so gut liefert wie ihn senkt, sodass Ihre Ausgangswellenform symmetrisch ist. Beachten Sie den NPN-PNP-Gegentaktpaarausgang von TL072.
Der LM339 kann den Ausgang aufgrund seines Open-Collector-Ausgangs auf 0,2 V oder auf senken . TL072 spezifiziert einen Ausgangsspannungshub von bei wenn die Last weniger als beträgt . $V_{cc}$ $\pm 10V$ $Vcc = 15V$ $2k\Omega$

Ein erfahrener IC-Designer könnte wahrscheinlich mehr Unterschiede aufzeigen, als nur das Schema. Ich bin nicht einer von denen, aber ich kann die Unterschiede in den Datenblättern sehen. Zum Beispiel sehe ich kein Gleichtakt- oder Netzteilunterdrückungsverhältnis, keine harmonische Verzerrung oder keine Rauschzahl, die für den LM339 angegeben wurden. Diese Parameter könnten für einen Komparator gemessen werden und sind in jedem Datenblatt eines Operationsverstärkers zu finden. Für eine Komparatoranwendung sind diese Parameter jedoch nicht besonders relevant, sodass sie nicht angegeben werden und, falls sie vorhanden sind, wahrscheinlich sehr wichtig sind Arm.

In jedem Fall können Sie einen Operationsverstärker als Komparator oder einen Komparator als Operationsverstärker verwenden, wenn Ihre Anforderungen nicht sehr hoch sind. In Anbetracht des Unterschieds in der Spezifikation der Teile ist es möglicherweise nicht möglich, anhand der Spezifikationen zu erkennen, wie diese überhaupt funktionieren werden.

— Phil Frost
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Es fällt mir ein bisschen schwer, mir Lm339 als Differenzial-Operationsverstärker vorzustellen. Der Open-Collector-Ausgang lässt nur 2 Werte zu, entweder hoch oder niedrig.

— user25282 16.06.13

@ user25282 Die Open Collector-Ausgabe hat nichts damit zu tun. Der gemeinsame Emitterverstärker der Elementarklasse A ähnelt einem Open-Collector-Ausgang, der Transistor arbeitet jedoch im aktiven Bereich. Dies ist keine gewünschte Betriebsart, weshalb die Verstärkung so hoch ist: um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass die Eingänge in dieser Situation auftreten. Sie benötigen also negatives Feedback, damit es funktioniert. Das gleiche gilt für einen Operationsverstärker.

— Phil Frost

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@ user25282 - Am LM339 und LM324 sind sich sehr ähnlich, obwohl AFAIK ursprünglich ungefähr zur selben Zeit (vor langer Zeit) von denselben Designern stammte, aber der erste ist ein Komparator und der zweite ein Opamp. Schauen Sie in den frühen Lm339-Hinweisen nach und Sie werden CCTs finden, die als Operationsverstärker mit niedriger Bandbreite verwendet werden können. Der Komparator ist so optimiert, dass er sauber schaltet und unter linearen Bedingungen möglicherweise weniger auf Linearität und Stabilität achtet.

— Russell McMahon

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@ user25282 Schauen Sie sich in der Tat das von mir verlinkte LM339-Datenblatt an. Abbildung 33 hat einen VCO mit Dreieckwellenausgang. Beweisen Sie, dass Sie vom LM339 andere Ausgänge als High oder Low haben können.

— Phil Frost

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@sandos Wenn es sich um einen Komparator mit Open-Collector-Ausgang handelt, ist das Gegenteil der Fall: Wenn Sie das Gate auf Vcc hochziehen, müssen Sie die Impedanz eines Pull-Up-Widerstands durchlaufen. Ein Operationsverstärker ist vielleicht besser, aber nicht alle Operationsverstärker können kapazitive Lasten treiben. Die beste Lösung zum Ansteuern eines MOSFET-Gates ist jedoch ein MOSFET-Gate-Treiber-IC.

— Phil Frost

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Sie sind die gleichen, wenn Sie den Differenzverstärker in Sättigung betreiben . Dann übernimmt er die Funktion des Komparators.

Aber im Grunde ist der Differenzverstärker ein Verstärker, der ihn zu ANALOG DOMAIN bringt

Ein Komparator liefert den Vergleich der Eingangsspannung mit einer Referenzspannung und liefert entweder Vdd oder Vss . Durch dieses binäre Verhalten wird DIGITAL DOMAIN übernommen .

— vvy
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Konzeptionell gleich, aber nicht immer austauschbar, da der Komparator unterschiedlich optimiert ist.

— Scott Seidman

so ... Wie nur ein Komparatorausgang geben Vcc + und Vcc-

— user25282

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Ein Komparator ist so optimiert, dass er sich schnell von der Sättigung der Ausgangsstufe erholt, was für die Geschwindigkeit gut ist. Die meisten Komparatoren haben eine Open-Collector- oder Open-Drain-Ausgangsstufe. Dies erleichtert den Aufbau von Fensterkomparatoren oder die einfache ODER-Verknüpfung.

— jippie

@ user25282 + Vcc und -Vcc kommen in Frage, wenn wir einen Komparator unter Verwendung eines Verstärkers herstellen (funktionsfähig). Wenn Sie die Verstärkung sehr hoch einstellen (normalerweise bei Verwendung eines Operationsverstärkers mit offener Schleife), wird der Verstärker selbst bei geringsten Spannungsunterschieden schnell in die Sättigung gehen.

— Vvy

@vvy ich verstehe deinen Standpunkt .. Da Aol sehr hoch ist, werden kleine Änderungen dazu führen, dass es in die Sättigung geht .. aber was ist mit Differential-Op. amp cirquitry .. Wird es von den Widerständen gesteuert, muss es sein ..

— user25282

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TI Application Report Operationsverstärker und Komparatoren - Verwechseln Sie sie nicht! ¹ bietet einen informativen Vergleich zwischen Operationsverstärkern und Komparatoren. Zusammenfassung der im Bericht hervorgehobenen Punkte:

Die Ausgänge der Komparatoren sind manchmal ein offener Kollektor / Drain für den digitalen Betrieb. Die Ausgänge mehrerer Komparatoren können miteinander verbunden werden, um ein NAND-Gatter zu bilden:

Der Ausgang eines Operationsverstärkers ist jedoch immer analog und für den linearen Betrieb vorgesehen.
Komparatoren werden im Allgemeinen mit einer offenen Schleife betrieben, während Operationsverstärker im Allgemeinen mit einer geschlossenen Schleife betrieben werden. Ein Komparator kann mit einer geschlossenen Schleife verwendet werden, um eine Hysterese hinzuzufügen.

$V_{H} = \frac{R_{P}}{R_{P} + R_{H}}$ $V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$
Ein Operationsverstärker kann als Komparator verwendet werden, wenn er für eine offene Schleife konfiguriert ist. Dies wird jedoch nicht empfohlen:

Ein Operationsverstärker, der für den Betrieb mit geschlossenem Regelkreis vorgesehen ist, ist für Anwendungen mit geschlossenem Regelkreis optimiert. Die Ergebnisse bei Verwendung eines Operationsverstärkers mit offener Schleife sind nicht vorhersehbar. Kein Halbleiterhersteller, einschließlich Texas Instruments, kann oder wird den Betrieb eines Operationsverstärkers gewährleisten, der in einer Open-Loop-Anwendung verwendet wird. Die in Operationsverstärkern verwendeten analogen Ausgangstransistoren sind für die Ausgabe von analogen Wellenformen ausgelegt und weisen daher große lineare Bereiche auf. Die Transistoren werden vor der Sättigung übermäßig viel Zeit in dem linearen Bereich verbringen, was die Anstiegs- und Abfallzeiten lang macht.

...

Das Design einer Operationsverstärker-Ausgangsstufe ist eine schlechte Nachricht für den Entwickler, der einen Komparator mit schneller Reaktionszeit benötigt. Die für Operationsverstärker-Ausgangsstufen verwendeten Transistoren sind keine Schalttransistoren. Es handelt sich um lineare Geräte, die zur exakten Darstellung von analogen Wellenformen entwickelt wurden. Wenn sie gesättigt sind, verbrauchen sie möglicherweise nicht nur mehr Strom als erwartet, sondern halten auch an. Die Wiederherstellungszeit kann sehr unvorhersehbar sein. Eine Charge von Geräten kann in Mikrosekunden wiederhergestellt werden, eine andere Charge in 10 Millisekunden. Die Wiederherstellungszeit ist nicht angegeben, da sie nicht getestet werden kann. Je nach Gerät wird möglicherweise keine Wiederherstellung durchgeführt. Bei einigen Rail-to-Rail-Geräten besteht die Möglichkeit einer außer Kontrolle geratenen Zerstörung der Ausgangstransistoren.

_{"Operationsverstärker und Komparatoren - verwechseln Sie sie nicht!", Bruce Carter, S. 7-8}

Insgesamt werden Operationsverstärker für den linearen Betrieb und Komparatoren für den Spannungsvergleich empfohlen. Es ist möglich , bestimmte Operationsverstärker als Komparatoren mit einer Konfiguration mit offenem Regelkreis zu verwenden, aber die Leistung in einem solchen Modus ist im Vergleich zu einem Komparator schlecht und / oder unvorhersehbar. Und einige Operationsverstärker können zerstört werden, wenn sie in einer solchen Konfiguration verwendet werden.

¹ Seltsamerweise kann das Dokument (Lit.-ID SLOA067) nicht über den normalen Literaturlink ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ) oder über die Suche nach dem Titel oder der Literatur-ID auf der Website von TI gefunden werden . Ich habe also eine Kopie des Dokuments von einer anderen Site verlinkt.

— Null
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Ich denke, der Grund für das Verschwinden von SLOA067 ist, dass das Material auch in Bruce Carters Buch (Op Amps for Everyone) books.google.com/books?id=nnCNsjpicJIC&pg=PA536 erscheint. Er war auch der Autor von SLOA067. Analog Devices hat einen etwas ähnlichen App-Hinweis: analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/…

— Fizz

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@RespawnedFluff Ah, gute Entdeckung! Das ist es wahrscheinlich.

— Null

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Auf Englisch:

Ein Komparator gibt einen Booleschen / Digitalen Wert zurück: 0, wenn Eingang A höher als Eingang B ist, andernfalls 1.

Ein differentieller Operationsverstärker gibt einen analogen Wert aus: die Differenz zwischen den Eingängen, multipliziert mit einem op-amp-spezifischen Multiplikator (der Verstärkung).

In Mathe:

Ein Differenzial-Operationsverstärker hat folgende Funktion:

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

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

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

Ein Komparator sieht eher so aus:

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

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

Ahh ... Vergleicher haben immer einen Eingang , der geerdet ist .. also .. Aol (c-0) = + Vss Aol (c-0) = Vss

— user25282

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@ user25282 - Es gibt KEINEN Grund, einen Eingang eines Komparators zu erden. Die Eingänge des Komparators können an Verbindungen mit Spannungspegeln über den im Datenblatt angegebenen Bereich der Gleichtakt-Eingangsspannung verwendet werden. In der Regel sind bei Komparatoren die negativeren Leistungsstifte häufig mit GND verbunden, und wenn ein Eingang dann ebenfalls mit GND verbunden wird, ist der Komparator für seine "Vergleichs" -Funktionalität so gut wie unbrauchbar.

— Michael Karas

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Für den praktischen Systemaufbau können Sie einen Operationsverstärker als Komparator verwenden, wenn Sie keine sehr hohe Leistung benötigen. Da Komparatoren in der Regel für die digitale Logik ausgelegt sind, ist es einfacher, logikkompatible Komparatoren zu finden (z. B. mit einem Ausgang von 0 oder 5 V). Außerdem machen einige Operationsverstärker seltsame Dinge, wenn sie gesättigt werden dürfen, da sie für die Verwendung in Konfigurationen mit geschlossenem Regelkreis ausgelegt sind. Beispielsweise können sie sich nur langsam erholen, was für die meisten Komparatoranwendungen unerwünscht ist.

— Zuofu
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