比較器是業(yè)界應(yīng)用極其廣泛的標準元件。比較器具有外部滯后、鎖存、靈活的電源電壓和輸出配置等多項功能和特性。作為一名出色的模擬工程師，熟練使用比較器是必須的。在實際設(shè)計應(yīng)用的比較器經(jīng)常用到，偶爾工程師也會將運算放大器來作為比較器使用，那么究竟比較器是什么呢？原理和作用是什么？運算放大器真的可以用作比較器來使用嗎？運算放大器和比較器的區(qū)別在哪里？在這里小編為大家整理了一些關(guān)于運算放大器和比較器的內(nèi)容，供大家學(xué)習(xí)和參考。

什么是比較器？比較器原理

我們從工程學(xué)教程里了解到，運算放大器需要三個內(nèi)部級才能發(fā)揮出最佳性能，比如實現(xiàn)高輸入阻抗、低輸出阻抗和高增益等。三個內(nèi)部級分別是差分輸入級、增益級（有或沒有內(nèi)部頻率補償）和輸出級。這種基本的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)沿用了好幾十年。早期，運算放大器曾作為數(shù)學(xué)運算的基本器件，主要以電壓和電壓信號來作標識。在反饋應(yīng)用中，通過配置放大器周邊的無源或有源器件，可以令系統(tǒng)執(zhí)行加、減、乘、除和對數(shù)等運算。

比較器其實可看成一個能夠作邏輯 “決策”的邏輯輸出電路。換句話說，它可把輸入信號與已定義的參考電平進行比較。比較器的邏輯輸出功能可以幫助用戶設(shè)計具有多樣化的額外功能的模擬電路。而且，無論是高速ADC、SAR型ADC還是Sigma-Delta ADC，比較器都是組建集成ADC的內(nèi)部基本而又關(guān)鍵的模塊。

比較器的基本體系結(jié)構(gòu)和大部份的參數(shù)屬性都與運算放大器類似。因此，運算放大器也可充當(dāng)比較器。但放大器并不是專門針對比較功能而開發(fā)的，而且放大器的數(shù)據(jù)表一般都不保證這項功能可否正常實現(xiàn)。運算放大器與比較器的最大分別在于比較器是開環(huán)設(shè)計，沒有反饋環(huán)節(jié)，而且輸出會在任何一條電源軌的范圍內(nèi)顯示差分輸入信號的極性。

此外，比較器一般都會被設(shè)計成 “過壓驅(qū)動”（overdriven），意思是它可經(jīng)常處理較大的差分輸入電壓。相反，對于運算放大器而言，它通常被設(shè)計成在較小的信號和差分電壓下運行，而這里的反饋概念通常都含有 “過驅(qū)” 意義，這樣會導(dǎo)致開環(huán)配置中的輸入出現(xiàn)飽和效應(yīng)。如果將輸入的極性倒轉(zhuǎn)，則過驅(qū)時產(chǎn)生的輸入級的飽和會導(dǎo)致信號的傳播具有一定的延遲或相位滯后。

再者，對于較大的差分輸入電壓來說，運算放大器的輸出很容易到達極限輸出，從而啟動保護功能。保護功能的啟動將會導(dǎo)致輸入阻抗的量級明顯下降，迫使過量的電流涌到輸入級，造成過載，甚至過熱。如果在設(shè)計上沒有保護的措施，那便可能導(dǎo)致整個器件損毀。因此，在器件的數(shù)據(jù)表，通常都會提供器件的最大輸入電流的額定值，以幫助設(shè)計人員決定用多少附加輸入電阻。

比較器通常都不進行頻率補償功能，因此其工作速度相當(dāng)高，同時開關(guān)時間也在某程度上取決于 “過驅(qū)”的程度。圖1表示出當(dāng)衡量一個輸出狀態(tài)變化時的差分輸入電壓。從圖中可看出過驅(qū)需要高于失調(diào)電壓才可以保證比較器有效地進行工作。一般來說，較大的過驅(qū)可加快開關(guān)時間。

比較器一般都以參數(shù)值和/或功能來分類，例如：

圖1 輸入過驅(qū)和相關(guān)的傳播延遲消散

·通用比較器；

·高速比較器（傳播延遲少于50毫微秒）；

·低壓比較器（電源電壓VCC低于5V）；

·微功率比較器（靜態(tài)電流低于20微安）；

·集成參考的比較器。

比較器的特性取決于其類別，分別為：

·傳播延遲—由施加一個差分信號與切換狀態(tài)的輸出級之間的時間延遲 （例如是50%）。

·內(nèi)部或外部滯后— 滯后是一種介乎低到高開關(guān)電壓和高到低開關(guān)電壓之間的設(shè)計預(yù)算中或需激活的差別。有些比較器具備可調(diào)節(jié)滯后水平的功能，方法是通過在指定的引腳上施加電壓。

·上升及下降時間—一般是輸出電壓的10%至90%的時間，并且上升和下降緣的時間可以有差別，假如這情況出現(xiàn)，那將會導(dǎo)致輸出的周期時間會相對于輸入信號而改變。

·觸發(fā)率—指在某一個頻率下，比較器的輸出可以跟隨輸入的狀態(tài)來變化。

·消散—量度傳播延遲變化的參數(shù)。

·抖動—可以是隨機或事前決定，負責(zé)量度信號緣在時間上的不定性。