diferencia entre el amplificador operacional diferencial y el comparador

Como primera aproximación, no hay una diferencia. Una pregunta similar podría ser "¿cuál es la diferencia entre un motor de CC y un generador?" Cualquiera de los dos funcionará en cualquiera de las dos capacidades, pero cada una está optimizada para maximizar ciertas cualidades a expensas de otras, de acuerdo con la aplicación prevista.

Comparemos el esquema interno para un amplificador operacional común, TL072 , y un común comparador, LM339 :

TL072

LM339

Cosas en común:

1. entrada de par diferencial
2. ganancia muy alta

Diferencias:

1. El TL072 usa JFET para la entrada. Esto se debe a que los JFET proporcionan una impedancia de entrada extremadamente alta, lo que es deseable para un amplificador operacional. La mayoría de los análisis de amplificadores operacionales asumen que las corrientes de polarización (las corrientes que se mueven a través de las entradas) son cero, pero esto solo es cierto en la medida en que la impedancia de entrada es infinita. Para un comparador, desea una alta impedancia de entrada para evitar cargar la fuente excesivamente, pero no es tan importante que la impedancia de entrada sea muy alta .

2. El LM339 tiene una salida de colector abierto . Para un comparador, esto es bueno, ya que le permite interactuar con cualquier número de voltajes de salida a través de una resistencia pull-up, o implementar de forma trivial un bus cableado o cableado. No querría esto para un amplificador operacional, porque generalmente, quiere que un amplificador operacional sea tan bueno en la obtención de corriente como en el hundimiento, de modo que su forma de onda de salida sea simétrica. Observe la salida de par de push-pull NPN-PNP de TL072.

3. El LM339 puede extraer la salida tan baja como 0.2V o tan alta como \ $ V_ {cc} \ $, en virtud de su salida de colector abierto. TL072 especifica un cambio de voltaje de salida de \ $ \ pm 10V \ $ cuando \ $ Vcc = 15V \ $ cuando la carga es menor que \ $ 2k \ Omega \ $.

Un diseñador de IC experimentado probablemente podría señalar más diferencias, solo con el esquema. No soy uno de ellos, pero puedo ver las diferencias en las hojas de datos. Por ejemplo, no veo una relación de rechazo de fuente de alimentación, modo común, distorsión armónica o cifra de ruido especificada en absoluto para LM339. Estos podrían medirse para un comparador, y los encontrará en cada hoja de datos del amplificador operacional, pero para una aplicación de comparador, estos parámetros no son especialmente relevantes, por lo que no se especifican, y si lo fueran, probablemente serían muy pobre.

Entonces, en todos los casos, podría utilizar un amplificador operacional como comparador, o un comparador como amplificador operacional, si sus requisitos no son muy exigentes. Dada la diferencia en la forma en que se especifican las piezas, es posible que no se pueda saber de las especificaciones cómo funcionará.

Son iguales si operas el Amplificador diferencial en Saturación ... luego realiza la función de comparador.

Pero básicamente, el amplificador diferencial es un amplificador que lo lleva a DOMINIO ANALÓGICO

Un comparador proporciona la comparación de Voltaje de entrada contra un Voltaje de referencia y proporciona cualquiera de los suministros Vdd o Vss , este comportamiento binario lo lleva a DOMINIO DIGITAL .

Informe de aplicación de TI Amplificador operacional y comparadores - ¡No los confunda! ¹ ofrece una comparación informativa de los amplificadores operacionales contra los comparadores. Resumiendo los puntos destacados en el informe:

1. Las salidas de los comparadores a veces son un colector / drenaje abierto para operación digital. Se pueden unir varias salidas de comparadores para formar una puerta NAND:

   Sin embargo, la salida de un amplificador operacional es siempre analógica, diseñada para operaciones lineales.

2. Los comparadores generalmente se operan con un bucle abierto, mientras que los amplificadores operacionales generalmente se operan con un bucle cerrado. Sin embargo, se puede usar un comparador con un bucle cerrado para agregar histéresis:

   Elvoltajedehistéresises$$V_H=\frac{R_P}{R_P+R_H}$$

3. Sepuedeusarunamplificadoroperacionalcomocomparadorcuandoseconfiguraparaunbucleabierto,peroestonoserecomienda:

     

   Unamplificadoroperacional,diseñadoparafuncionarenbuclecerrado,estáoptimizadoparaaplicacionesdebuclecerrado.Losresultadoscuandoseutilizaunamplificadoroperacionaldebucleabiertosonimpredecibles.Ningúnfabricantedesemiconductores,incluidoTexasInstruments,puedeogarantizaráelfuncionamientodeunamplificadoroperacionalutilizadoenunaaplicacióndecircuitoabierto.Lostransistoresdesalidaanalógicosutilizadosenamplificadoresoperacionalesestándiseñadosparalasalidadeformasdeondaanalógicasy,porlotanto,tienengrandesregioneslineales.Lostransistorespasarán  unacantidadexcesivadetiempoenlaregiónlinealantesdelasaturación,loqueprolongalostiemposdesubidaybajada.

       

   ...

       

   Eldiseñodeunaetapadesalidadeamplificadoroperacionalesunamalanoticiaparaeldiseñadorquenecesitauncomparadorconuntiempoderespuestarápido.Lostransistoresutilizadosparalasetapasdesalidadelamplificadoroperacionalnosontransistoresdeconmutación.Sondispositivoslineales,diseñadosparagenerarunarepresentaciónprecisadeformasdeondaanalógicas.Cuandoestánsaturados,nosolopuedenconsumirmásenergíadeloesperado,sinoquetambiénpuedenengancharse.Eltiempoderecuperaciónpuedesermuyimpredecible.Unlotededispositivospuederecuperarseenmicrosegundos,otroloteen10milisegundos.Eltiempoderecuperaciónnoseespecifica,porquenosepuedeprobar.Dependiendodeldispositivo,puedequenoserecupereenabsoluto.Ladestrucciónincontroladadelostransistoresdesalidaesunaposibilidaddistintaenalgunosdispositivosderielariel.

       

   _{"Amplificadores operacionales y comparadores - ¡No los confundas!", Bruce Carter, págs. 7-8}

En general, se recomiendan los amplificadores operacionales para operación lineal y comparadores para la comparación de voltaje. Es posible utilizar ciertos amplificadores operacionales como comparadores con una configuración de bucle abierto, pero el rendimiento en tal modo será deficiente o impredecible en comparación con un comparador. Y algunos amplificadores operacionales pueden ser destruidos cuando se usan en tal configuración.

¹ Extrañamente, el documento (ID de literatura SLOA067) no se puede encontrar en el enlace de literatura normal ( enlace ) ni buscando el título o la identificación de la literatura en sitio web de TI , por lo que me he vinculado a un Copia del documento de otro sitio.

En inglés:

Un comparador devuelve un valor booleano / digital: 0 si la entrada A es más alta que la entrada B, 1 de lo contrario.

Un amplificador operacional diferencial genera un valor analógico: la diferencia entre las entradas, multiplicada por un multiplicador específico del amplificador operacional (la amplificación).

En matemáticas:

Un op-amp diferencial es como esta función:

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

Donde \ $ f \ $ es la función de salida, \ $ i_1 \ $ y \ $ i_2 \ $ las salidas, y \ $ m \ $ un multiplicador específico del op-amp.

Un comparador es más así:

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

Para un diseño práctico de sistemas, puede usar un amplificador operacional como comparador si no necesita un rendimiento muy alto. Sin embargo, dado que los comparadores tienden a diseñarse para integrarse en la lógica digital, es más fácil encontrar comparadores compatibles con la lógica (con una salida de 0 o 5 V, por ejemplo). Además, algunos amplificadores operacionales hacen cosas extrañas cuando se les permite saturarse, ya que están diseñados para ser utilizados en configuraciones de bucle cerrado. Por ejemplo, pueden tardar en recuperarse, lo cual no es deseable para la mayoría de las aplicaciones de comparación.