運算放大器與比較器的差異:使用方式、輸出級、速度、相位補償比較
兩者的符號都是相同的三角形,也都會大幅放大 2 個輸入的電壓差,但設計目的不同。運算放大器以加上負回授使用為前提,內含相位補償以免振盪,讓輸出以類比電壓平滑地變化。比較器在開迴路下使用,設計成以 H 或 L 的 2 值快速輸出 2 個電壓的大小關係,沒有相位補償,輸出也容易接到邏輯電路。因此,以運算放大器代替比較器會很慢,對比較器加上負回授則容易振盪。
| 項目 | 運算放大器 | 比較器 |
|---|---|---|
| 主要使用方式 | 加上負回授,以外部的電阻與電容決定增益與頻率特性 | 在開迴路下(或為了遲滯而加上正回授)使用,判定電壓的大小 |
| 輸出 | 隨輸入連續變化的類比電壓 | H 或 L 的 2 值。通常飽和在其中一邊 |
| 輸出級 | 推挽。也有可擺動到接近電源的軌對軌產品 | 開汲極(開集極),或配合邏輯準位的推挽 |
| 相位補償 | 內建。許多產品在負回授下增益為 1 也不會振盪 | 沒有。因此切換得更快 |
| 表示速度的指標 | 增益頻寬積(GBW)與迴轉率 | 傳播延遲時間(依產品為數 ns 至數 µs),以及輸出的上升與下降時間 |
| 從飽和恢復 | 不預期在飽和狀態下使用。恢復可能需要時間,多半沒有規定 | 以反覆飽和與反轉為前提設計,能快速切換 |
| 遲滯 | 通常不使用 | 以外部電阻加上正回授,或使用內建遲滯的產品,防止雜訊造成輸出抖動 |
| 輸入 | 負回授使 2 個輸入的電壓保持幾乎相等(虛短路)。也有在輸入之間具有保護二極體的產品 | 以 2 個輸入之間有大電壓差為前提。許多產品容許大的差動電壓 |
| 替代 | 若可容許較慢的速度,且輸出準位相符,有時可代替比較器 | 不能代替運算放大器。加上負回授容易振盪 |
| 主要用途 | 放大、濾波器、緩衝器、積分電路、感測器訊號調理 | 臨界值偵測、零交越偵測、電壓監視、快閃型 ADC、PWM 產生 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。