运算放大器简称为运放,输出信号是输入信号经过一系列的数学运算(加法、减法、微分、积分等)的结果,因此称作为运算放大器。比较器是运放的一类,比较器是通过同相输入端和反向输入端之间的电压,输出一个高电平或者低电平,经常应用在电源芯片的内部结构中。
运算放大器的工作原理
运算放大器是一种放大器件,可以把放大器看作一个黑匣子,由两个输入端(同相输入端和反相输入端),一个输出端子构成,见图一。
图一
图二是同相端输入,当VP电平上升时,VO的电平上升,当VP电平下降时,VO的电平下降,图三中输入信号是从反相输入端进入,输出信号随着输入信号的升高而降低,降低而升高。
图二
图三
运算放大器(线性工作状态)的特点
输入阻抗无限大:也就是常说的“虚断”,指的是同相输入端和反相的输入电流为0,见图四:
图四
输出阻抗趋近于零:放大器的输出电压恒为一个稳定值。
无限大的共模抑制比:运算放大器的V+和V-的两端电压差趋近于零,也就是常说的“虚短”,运算放大器的V+等于V-。
比较器的工作原理
把两个模拟的电压信号进行比较,输出一个逻辑电平(一个高电平或者低电平)。比较器通常由一个差动放大器组成,该放大器有两个输入端(同相输入端和反相输入端)和一个输出端。当同相输入端的电压大于反相输入端时,输出电压为高电平;当反相输入端的电压高于同相输入端时,输出电压为低电平。当两个输入端的电压相等时,输出电压可能输出处于不确定状态。
比较器在芯片手册中的应用实例:
如德州仪器的降压型DCDC电源芯片:TPS61040DBVR,内部结构见图五,图五中圈出来的部分应用到比较器。
图五
比较器和运算放大器的区别
运算放大器和比较器的电路符号一样,但是这两个器件存在以下区别,不能相互调换。
1、比较器的反转速度在ns数量级别,一般的运算放大器的的反转速度是us级别。
2、运算放大器可以接入反馈电路,比较器的输出不能接入反馈电路,比较器和运放一样有同相输入端和反相输入端,但是内部没有相位补偿,如果输出接入了负反馈,电路就不能处在稳定的工作状态,这也是比较器比运放的速度快的原因之一。
比较器和运算放大器的应用场景
1、比较器工作的场合一般会给定一个参考电平,针对电压门限、比较门限准确、输出边沿上下降时间短的情况。
2、运算放大器运用在过流半壶电路、反馈电路等中。
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