オペアンプとコンパレータの違い：使い方・出力段・速さ・位相補償を比較
記号はどちらも同じ三角形で、2つの入力の電圧の差を大きく増幅しますが、作られた目的が違います。オペアンプは負帰還をかけて使うことを前提に、発振しないよう位相補償を入れ、出力をアナログの電圧として滑らかに動かします。コンパレータは開ループで使い、2つの電圧の大小をHかLの2値ですばやく出すように作られていて、位相補償を持たず、出力もロジックにつなぎやすい形です。そのため、オペアンプをコンパレータの代わりにすると遅く、コンパレータに負帰還をかけると発振しやすくなります。
| 項目 | オペアンプ | コンパレータ |
|---|---|---|
| 主な使い方 | 負帰還をかけ、利得や周波数特性を外の抵抗やコンデンサで決める | 開ループ(またはヒステリシスのための正帰還)で使い、電圧の大小を判定する |
| 出力 | 入力に応じて連続に変わるアナログの電圧 | HかLの2値。ふつうはどちらかに飽和している |
| 出力段 | プッシュプル。電源の近くまで振れるレールtoレールの品種もある | オープンドレイン(オープンコレクタ)か、ロジックのレベルに合わせたプッシュプル |
| 位相補償 | 内部に持つ。負帰還で利得を1にしても発振しない品種が多い | 持たない。その分、速く切り替わる |
| 速さを表す指標 | 利得帯域幅積(GBW)とスルーレート | 伝搬遅延時間(品種により数 ns〜数 µs)と、出力の立ち上がり・立ち下がりの時間 |
| 飽和からの回復 | 飽和させる使い方を想定していない。回復に時間がかかることがあり、多くは規定されていない | 飽和と反転を繰り返す前提で作られ、すばやく切り替わる |
| ヒステリシス | ふつうは使わない | 外の抵抗で正帰還をかけるか、内蔵の品種を使い、ノイズによる出力のばたつきを防ぐ |
| 入力 | 負帰還で2つの入力の電圧がほぼ等しく保たれる(仮想短絡)。入力の間に保護のダイオードを持つ品種もある | 2つの入力に大きな差がかかる前提。大きな差動の電圧を許す品種が多い |
| 置き換え | 遅くてよく、出力のレベルが合えば、コンパレータの代わりに使えることもある | オペアンプの代わりには使えない。負帰還をかけると発振しやすい |
| 主な用途 | 増幅、フィルタ、バッファ、積分回路、センサの信号の調整 | しきい値の検出、ゼロクロスの検出、電圧の監視、フラッシュ型ADC、PWMの生成 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。