Differenza tra amplificatore operazionale differenziale e comparatore

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Qual è la differenza tra un amplificatore operazionale differenziale e un comparatore? So che un comparatore può darmi solo due valori (i valori di offerta).

L'amplificatore operazionale differenziale amplifica la differenza tra gli ingressi ... ma allora un comparatore non dovrebbe fare lo stesso? Qual è la differenza specifica?

operational-amplifier comparator differential

— user25282
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Texas Instruments ne aveva un appunto, ma non lo trovo più. Il titolo era qualcosa del tipo "Amplificatori operazionali e comparatori: non confonderli".

— Renan,

Era SLOA067, ma l'hanno rimosso dal loro sito. Tuttavia Internet ha una lunga memoria. bytebucket.org/intelligentagent/replicape/raw/…

— Fizz

Vedi anche la risposta di Null qui sotto e il mio commento qui sotto.

— Fizz,

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Come prima approssimazione, non c'è differenza. Una domanda simile potrebbe essere "qual è la differenza tra un motore a corrente continua e un generatore?" Entrambe funzioneranno con entrambe le capacità, ma ognuna è ottimizzata per massimizzare determinate qualità a spese di altre, a seconda dell'applicazione prevista.

Confrontiamo lo schema interno per un amplificatore operazionale comune, TL072 e un comparatore comune, LM339 :

TL072

Schema TL072

LM339

Schema LM339

Cose in comune:

ingresso coppia differenziale
guadagno molto elevato

differenze:

TL072 utilizza JFET per l'ingresso. Questo perché i JFET forniscono un'impedenza di ingresso estremamente elevata, che è desiderabile per un amplificatore operazionale. La maggior parte delle analisi dell'op-amp presuppone che le correnti di polarizzazione (le correnti che si muovono attraverso gli ingressi) siano zero, ma ciò è vero solo nella misura in cui l'impedenza di ingresso è infinita. Per un comparatore, si desidera un'impedenza di input elevata per evitare di caricare eccessivamente la sorgente, ma non è così importante che l'impedenza di input sia molto elevata.
LM339 ha un'uscita a collettore aperto . Per un comparatore, questo è positivo, perché gli consente di interfacciarsi con qualsiasi numero di tensioni di uscita attraverso una resistenza di pull-up, o implementare banalmente un cavo o un bus. Non si vorrebbe questo per un amplificatore operazionale, perché di solito si desidera che un amplificatore operazionale sia altrettanto bravo nell'approvvigionamento di corrente che nell'affondamento, in modo che la forma d'onda di uscita sia simmetrica. Notare l'uscita della coppia push-pull NPN-PNP di TL072.
L'LM339 è in grado di estrarre l'uscita fino a 0,2 V o fino a , in virtù dell'uscita open collector. TL072 specifica un'oscillazione della tensione di uscita di quando quando il carico è inferiore a . $V_{cc}$ $\pm 10V$ $Vcc = 15V$ $2k\Omega$

Un progettista IC esperto potrebbe probabilmente evidenziare più differenze, dal solo schema. Non sono uno di quelli, ma posso vedere le differenze nei fogli dati. Ad esempio, non vedo un rapporto di reiezione di modo comune o di alimentazione, distorsione armonica o rumore specificato per LM339. Questi potrebbero essere misurati per un comparatore e li troverai in ogni scheda tecnica dell'amplificatore operazionale, ma per un'applicazione di confronto questi parametri non sono particolarmente rilevanti, quindi non sono specificati e, se lo fossero, probabilmente sarebbero molto povero.

Quindi, in ogni caso, potresti usare un amplificatore operazionale come comparatore o un comparatore come amplificatore operazionale, se le tue esigenze non sono molto impegnative. Data la differenza nel modo in cui le parti sono specificate, dalle specifiche potrebbe non essere possibile sapere come funzioneranno.

— Phil Frost
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Sto facendo fatica a immaginare Lm339 come un Op.amp differenziale. L'uscita open collector mi permette solo 2 valori sia alti che bassi ..

— user25282

@ user25282 l'output open collector non ha nulla a che fare con esso. L'amplificatore dell'emettitore comune di classe A elementare è proprio come un'uscita open collector, ma il transistor funziona nella regione attiva. Non si tratta di una modalità operativa desiderata, motivo per cui il guadagno è così elevato: ridurre la possibilità che gli input provochino questa situazione. Quindi, avrai bisogno di feedback negativi per farlo funzionare. Lo stesso vale per un amplificatore operazionale.

— Phil Frost,

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@ user25282 - Am LM339 e LM324 sono dispositivi molto simili, poiché AFAIK proveniva dagli stessi progettisti originariamente all'incirca nello stesso periodo (molto tempo fa), ma il primo è un comparatore e il secondo è un opamp. Guarda nelle prime ap-note di Lm339 e troverai ccts da usare come opamp a bassa larghezza di banda. Il comparatore è ottimizzato per passare in modo pulito e può avere meno attenzione alla linearità e stabilità in condizioni lineari.

— Russell McMahon,

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@ user25282 infatti, controlla la scheda tecnica LM339 che ho collegato; la figura 33 ha un VCO con un'uscita a onda triangolare. Prova che puoi avere output diversi da high o low dall'LM339.

— Phil Frost,

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@sandos Se è un comparatore con un'uscita open-collector, allora è il contrario: è bravo a far scendere il gate a terra, ma tirarlo su Vcc richiede passare attraverso l'impedenza di una resistenza pull-up. Un amplificatore operazionale potrebbe essere migliore, ma non tutti gli amplificatori operazionali sono bravi a pilotare carichi capacitivi. Ma davvero la migliore soluzione per pilotare un gate MOSFET è un IC driver gate MOSFET.

— Phil Frost,

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Sono uguali se si utilizza l' amplificatore differenziale in Saturazione .. quindi svolge la funzione di Comparatore.

Ma sostanzialmente, l'amplificatore differenziale è un amplificatore che lo porta su ANALOG DOMAIN

Un comparatore fornisce il confronto tra la tensione di ingresso e una tensione di riferimento e fornisce l'alimentazione Vdd o Vss , questo comportamento binario lo porta in DIGITAL DOMAIN .

— vvy
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Concettualmente lo stesso ma non sempre intercambiabile come il comparatore è ottimizzato in modo diverso.

— Scott Seidman,

quindi ... In che modo l'uscita di un comparatore distribuisce solo Vcc + e Vcc-

— user25282

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Un comparatore è ottimizzato per recuperare rapidamente dalla saturazione dello stadio di uscita, il che è buono per la velocità. La maggior parte dei comparatori ha un open collector o uno stadio di uscita open drain, questo facilita la costruzione di comparatori di finestre o un facile OR'ing.

— jippie,

@ user25282 + Vcc e -Vcc entrano in discussione se stiamo realizzando un comparatore utilizzando un amplificatore (operativo). Quando si guadagna un guadagno molto alto (di solito usando un amplificatore operazionale in anello aperto) l'amplificatore andrà rapidamente in saturazione anche per la minima differenza di tensione.

— vvy

@vvy vedo il tuo punto .. Dato che Aol è molto alto, piccole modifiche lo porteranno alla saturazione .. ma che dire del differenziale op. amp cirquitry .. È controllato dai resistori, deve essere ..

— user25282

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Rapporto applicazione TI Amplificatori e comparatori - Non confonderli! ¹ fornisce un confronto informativo tra amplificatori operazionali e comparatori. Riassumendo i punti evidenziati nel rapporto:

Le uscite dei comparatori sono talvolta un open collector / drain per il funzionamento digitale. Le uscite di più comparatori possono essere collegate per formare una porta NAND:

Tuttavia, l'uscita di un amplificatore operazionale è sempre analogica, destinata al funzionamento lineare.
I comparatori sono generalmente gestiti con un circuito aperto, mentre gli amplificatori operazionali sono generalmente gestiti con un circuito chiuso. Un comparatore può essere utilizzato con un circuito chiuso per aggiungere l'isteresi, tuttavia:

$V_{H} = \frac{R_{P}}{R_{P} + R_{H}}$ $V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$
Un amplificatore operazionale può essere utilizzato come comparatore quando configurato per un circuito aperto, ma questo non è raccomandato:

Un amplificatore operazionale, destinato al funzionamento ad anello chiuso, è ottimizzato per le applicazioni ad anello chiuso. I risultati quando si utilizza un amplificatore operazionale ad anello aperto sono imprevedibili. Nessun produttore di semiconduttori, incluso Texas Instruments, può o garantisce il funzionamento di un amplificatore operazionale utilizzato in un'applicazione a circuito aperto. I transistor di uscita analogici utilizzati negli amplificatori operazionali sono progettati per l'uscita di forme d'onda analogiche e pertanto presentano ampie regioni lineari. I transistor trascorreranno una quantità eccessiva di tempo nella regione lineare prima della saturazione, aumentando i tempi di salita e discesa.

...

La progettazione di uno stadio di uscita op-amp è una cattiva notizia per il progettista che ha bisogno di un comparatore con tempi di risposta rapidi. I transistor utilizzati per gli stadi di uscita dell'amplificatore operazionale non commutano transistor. Sono dispositivi lineari, progettati per fornire una rappresentazione accurata delle forme d'onda analogiche. Se saturi, possono non solo consumare più energia del previsto, ma possono anche recuperare. Il tempo di recupero può essere molto imprevedibile. Un batch di dispositivi può recuperare in microsecondi, un altro batch in 10 di millisecondi. Il tempo di recupero non è specificato perché non può essere testato. A seconda del dispositivo, potrebbe non ripristinarsi affatto. La distruzione in fuga dei transistor di uscita è una possibilità distinta in alcuni dispositivi rail-to-rail.

_{"Amplificatori operazionali e comparatori - non confonderli!", Bruce Carter, pp. 7-8}

Nel complesso, gli amplificatori operazionali sono consigliati per il funzionamento lineare e comparatori per il confronto della tensione. È possibile utilizzare determinati amplificatori operazionali come comparatori con una configurazione ad anello aperto, ma le prestazioni in tale modalità saranno scarse e / o imprevedibili rispetto a un comparatore. E alcuni amplificatori operazionali possono essere distrutti se utilizzati in tale configurazione.

¹ Stranamente, il documento (ID letteratura SLOA067) non può essere trovato sul normale link bibliografico ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ) né cercando il titolo o l'ID letteratura sul sito Web di TI , quindi ho collegato a una copia del documento da un altro sito.

— Nullo
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Penso che il motivo della scomparsa di SLOA067 sia che il materiale appare anche nel libro di Bruce Carter (Op Amp per tutti) books.google.com/books?id=nnCNsjpicJIC&pg=PA536 Era anche l'autore di SLOA067. Analog Devices ha una nota dell'app in qualche modo simile: analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/…

— Fizz

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@RespawnedFluff Ah, buona scoperta! Questo è probabilmente.

— Null

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In inglese:

Un comparatore restituisce un valore booleano / digitale: 0 se l'ingresso A è maggiore dell'ingresso B, 1 altrimenti.

Un amplificatore operazionale differenziale emette un valore analogico: la differenza tra gli ingressi, moltiplicata per un moltiplicatore specifico dell'amplificatore operazionale (l'amplificazione).

In mathy:

Un amplificatore operazionale differenziale è come questa funzione:

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

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

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

Un comparatore è più simile a questo:

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

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

Ahh ... Il comparatore ha sempre un input collegato a terra .. Quindi .. Aol (c-0) = + Vss AOl (-c-0) = -Vss

— user25282

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@ user25282 - Non vi è alcun motivo per cui sia mai necessario mettere a terra un input di un comparatore. Gli ingressi per il comparatore saranno utilizzabili su connessioni a livelli di tensione nell'intervallo della tensione di modo comune di ingresso come specificato nella scheda tecnica. È un dato di fatto, i comparatori avranno spesso i loro pin di alimentazione più negativi agganciati a GND e se un ingresso viene quindi collegato anche a GND, il comparatore diventa quasi inutile per la sua funzionalità di "confronto".

— Michael Karas,

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Per la progettazione di sistemi pratici, è possibile utilizzare un amplificatore operazionale come comparatore se non sono necessarie prestazioni molto elevate. Tuttavia, poiché i comparatori tendono ad essere progettati per entrare nella logica digitale, è più facile trovare comparatori compatibili con la logica (con un'uscita di 0 o 5 V, ad esempio). Inoltre, alcuni amplificatori operazionali fanno cose strane quando sono autorizzati a saturare, poiché sono progettati per essere utilizzati in configurazioni a circuito chiuso. Ad esempio, potrebbero essere lenti da recuperare, il che è indesiderabile per la maggior parte delle applicazioni di confronto.

— Zuofu
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