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无论外观或图纸符号都差不多,那么它们究竟有什么区别,在实际应用中如何区分?今天我来图文全面分析一下,夯实大家的基础,让工程师更上一层楼。 先看一下它们的内部区别图: 从内部图可以看出运算放大器和比较器的差别在于输出电路。运算放大器采用双晶体管推挽输出,而比较器只用一只晶体管,集电极连到输出端,发射较接地。 比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻,该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。 运算放大器可用于线性放大电路(负反馈),也可用于非线性信号电压比较(开环或正反馈)。 电压比较器只能用于信号电压比较,不能用于线性放大电路(比较器没有频率补偿) 。 两者都可以用于做信号电压比较,但比较器被设计为高速开关,它有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。 运算放大器 做为线性放大电路,我这里就不多说了(以后有需要单独讨论放大器),这个在主板电路图很常见,一般用于稳压电路,使用负反馈电路它与晶体管配合相当于一个三端稳压器,但使用起来更灵活。如下图: 在许多情况下,需要知道两个信号中哪个比较大,或一个信号何时**出预设的电压(用作电压比较)。用运算放大器便可很容易搭建一个简单电路实现该功能。当 V+电压大于 V- 电压时,输出高电平。当 V+电压小于 V- 电压时 ,输出低电平。如下图: 分析一下电路,2.5v 经电阻分压得到 1V 输入到 V- 端,当总线电压正常产生 1.2v 时,输入到 V+,此时 V+电压比 V- 电压高,输出一个高电平到 CPU 电源管理芯片的 EN 开启脚。如果总线电压没输出或不正常少于 1v,此时 V+电压比 V- 电压低,输出低电平。 电压比较器 当比较器的同相端电压(V+)低于反相端电压(V-)时,输出晶体管导通,输出接地低电平;当同相端电压**反相端时,输出晶体管截止,通过上拉电阻的电源输出高电平。 分析一下该电路,上面的比较器 U8A 当有 VCC 输出时经过分压电阻分压后,输入到同相端(V+),其电压大于 5VSB 经分压后输入到反相端(V-)的电压,内部晶体管截止,输出经上拉电阻的电源 12v(同时下面的比较器 U8B 同相端电压也大于反相端,内部晶体管也是截止),N 沟道场管 Q37 导通,输出 VCC5V。同时 P 沟道场管 Q293 截止。反之,当反相端电压大于同相端电压时,内部晶体管导通,上拉电源 12V 被拉低为低电平,N 沟道场管 Q37 截止,同时 P 沟道场管 Q293 导通,输出 5VSB。这个就是 5VDUAL 产生电路。 在实际应用中比较器都需要上拉电源,而运算放大器一般不需要。 运放和电压比较器的本质区别 (1)放大器与比较器的主要区别是闭环特性! 放大器大都工作在闭环状态,所以要求闭环后不能自激 . 而比较器大都工作在开环状态更追求速度 . 对于频率比较低的情况放大器完全可以代替比较器(要主意输出电平),反过来比较器大部分情况不能当作放大器使用 . 因为比较器为了提高速度进行优化,这种优化却减小了闭环稳定的范围 . 而运放专为闭环稳定范围进行优化,故降低了速度 . 所以相同价位档次的比较器和放大器较好是各司其责 . 如同放大器可以用作比较器一样,也不能排除比较器也可以用作放大器 . 但是你为了让它闭环稳定所付出的代价可能**过加一个放大器! 换言之,看一个运放是当作比较器还是放大器就是看电路的负反馈深度 . 所以,浅闭环的比较器有可能工作在放大器状态并不自激 . 但是一定要作大量的试验,以保证在产品的所有工作状态下都稳定!这时候你就要成本 / 风险仔细核算一下了。 (2)算放大器和比较器如出一辙,简单的讲,比较器就是运放的开环应用,但比较器的设计是针对电压门限比较而用的,要求的比较门限精确,比较后的输出边沿上升或下降时间要短,输出符合 TTL/CMOS 电平 / 或 OC 等,不要求中间环节的准确度,同时驱动能力也不一样。一般情况:用运放做比较器,多数达不到满幅输出,或比较后的边沿时间过长,因此设计中少用运放做比较器为佳。 运放和比较器的区别 比较器和运放虽然在电路图上符号相同,但这两种器件确有非常大的区别,一般不可以互换,区别如下: 1、比较器的翻转速度快,大约在 ns 数量级,而运放翻转速度一般为 us 数量级(特殊的高速运放除外)。 2、运放可以接入负反馈电路,而比较器则不能使用负反馈,虽然比较器也有同相和反相两个输入端,但因为其内部没有相位补偿电路,所以,如果接入负反馈,电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路,这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路,双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构,所以需要上拉电阻,单极性输出,容易和数字电路连接。 (3)比较器(LM339 和 LM393)输出是集电极开路(OC)结构, 需要上拉电阻才能有对外输出电流的能力 . 而运放输出级是推挽的结构, 有对称的拉电流和灌电流能力 . 另外比较器为了加快响应速度, 中间级很少, 也没有内部的频率补偿 . 运放则针对线性区工作的需要加入了补偿电路 . 所以比较器(LM339 和 LM393)不适合作运放用。 运放在开关电源中主要用于反馈电路、过流保护的采样放大等等。 |
设有一块P型半导体(用黄色代表空穴多)和一块N型半导体(用绿色代表电子多),它们自然状态下分别都是电中性的,即不带电。如图1所示。 图1. P型和N型半导体 把它们结合在一起,就形成PN结。边界处N型半导体的电子自然就会跑去P型区填补空穴,留下失去电子而显正电的原子。相应P型区边界的原子由于得到电子而显负电,于是就在边界形成一个空间电荷区。为什么叫“空间电荷区”?是因为这些电荷是微观空间内无法移动的原子构成的。 空间电荷区形成一个内建电场,电场方向由N到P,这个电场阻止了后面的电子继续过来填补空穴,因为这时P型区的负空间电荷是排斥电子的。电子和空穴的结合会越来越慢,最后达到平衡,相当于载流子耗尽了,所以空间电荷区也叫耗尽层。这时PN结整体还呈电中性,因为空间电荷有正有负互相抵消。如图2所示。 图2. PN结形成内建电场 外加正向电压,电场方向由正到负,与内建电场相反,削弱了内建电场,所以二极管容易导通。绿色头表示电子流动方向,与电流定义的方向相反。如图3所示。 图3. 正向导通状态 外加反向电压,电场方向与内建电场相同,增强了内建电场,所以二极管不容易导通。如图4所示。当然,不导通也不是**的,一般会有很小的漏电流。随着反向电压如果继续增大,可能造成二极管击穿而急剧漏电。 图4. 反向不导通状态 图5是二极管的电流电压曲线供参考。 图5.二极管电流电压曲线 图6形象的展示了不同方向二极管为什么能导通和不能导通,方便理解。 图6. 不同方向导通效果不同 生活中单向导通的例子也不少,比如地铁进站口的单向闸机,也相当于二极管的效果:正向导通,反向不导通,如果硬要反向通过,可能就会因为太大力“反向击穿”破坏闸机了。 |