Diferença entre o amplificador operacional diferencial e o comparador

Qual é a diferença entre um amplificador operacional diferenciado e um comparador? Eu sei que um comparador pode me dar apenas dois valores (os valores de fornecimento).

O diferencial operacional amplifica a diferença entre as entradas ... mas um comparador não deve fazer o mesmo? Qual é a diferença específica?

Como primeira aproximação, não há diferença. Uma pergunta semelhante pode ser "qual é a diferença entre um motor DC e um gerador?" Qualquer um funcionará em qualquer capacidade, mas cada um é otimizado para maximizar certas qualidades à custa de outras, de acordo com a aplicação pretendida.

Vamos comparar o esquema interno de um amplificador operacional comum, TL072 , e um comparador comum, LM339 :

TL072

LM339

Coisas em comum:

1. entrada de par diferencial
2. ganho muito alto

Diferenças:

1. O TL072 usa JFETs para a entrada. Isso ocorre porque os JFETs fornecem impedância de entrada extremamente alta, o que é desejável para um amplificador operacional. A maioria das análises de amp op pressupõe que as correntes de polarização (as correntes que se movem pelas entradas) são zero, mas isso só é verdade na medida em que a impedância de entrada é infinita. Para um comparador, você deseja alta impedância de entrada para evitar o carregamento excessivo da fonte, mas não é tão importante que a impedância de entrada seja muito alta.

2. O LM339 possui um saída de coletor aberto . Para um comparador, isso é bom, porque permite a interface com qualquer número de tensões de saída através de um resistor de pull-up ou implementa trivialmente um barramento com ou sem fio. Você não gostaria disso para um amplificador operacional, porque geralmente você deseja que um amplificador operacional seja tão bom em fornecer corrente quanto em afundá-la, para que sua forma de onda de saída seja simétrica. Observe a saída do par push-pull NPN-PNP do TL072.

3. $V_{cc}$$\pm 10V$$Vcc = 15V$$2k\Omega$ .

Um designer experiente de IC provavelmente poderia apontar mais diferenças, apenas do esquema. Eu não sou um desses, mas posso ver as diferenças nas folhas de dados. Por exemplo, não vejo uma taxa de rejeição no modo comum ou na fonte de alimentação, distorção harmônica ou ruído especificada para o LM339. Eles podem ser medidos para um comparador e você os encontrará em todas as folhas de dados do amplificador operacional, mas para um aplicativo comparador, esses parâmetros não são especialmente relevantes, portanto, não são especificados e, se fossem, provavelmente seriam muito pobre.

Portanto, em todos os casos, você pode usar um amplificador operacional como um comparador ou um comparador como um amplificador operacional, se seus requisitos não forem muito exigentes. Dada a diferença de como as peças são especificadas, pode não ser possível saber pelas especificações como ela será executada.

Eles são os mesmos se você operar o amplificador diferencial em saturação .. então ele executa a função de comparador.

Mas, basicamente, o amplificador diferencial é um amplificador que o leva ao DOMÍNIO ANALÓGICO

Um comparador dá a comparação da tensão de entrada contra um Voltagem de referência e dá tanto da oferta VDD ou VSS , este comportamento binário leva em DIGITAL DE DOMÍNIO .

Relatório de Aplicação TI Amplificadores operacionais e comparadores - não os confunda! ¹ fornece uma comparação informativa de amplificadores operacionais versus comparadores. Resumindo os pontos destacados no relatório:

1. Às vezes, as saídas dos comparadores são um coletor / dreno aberto para operação digital. Os resultados de vários comparadores podem ser interligados para formar um gate NAND:

   No entanto, a saída de um amplificador operacional é sempre analógica, destinada à operação linear.

2. Os comparadores geralmente são operados com um loop aberto, enquanto os amplificadores operacionais são geralmente operados com um loop fechado. Um comparador pode ser usado com um loop fechado para adicionar histerese, no entanto:

   $$V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$$
3. Um amplificador operacional pode ser usado como um comparador quando configurado para um loop aberto, mas isso não é recomendado:

   Um amplificador operacional, destinado a operação em malha fechada, é otimizado para aplicações em malha fechada. Os resultados quando um amplificador operacional é usado em loop aberto são imprevisíveis. Nenhum fabricante de semicondutores, incluindo a Texas Instruments, pode ou irá garantir a operação de um amplificador operacional usado em um aplicativo de loop aberto. Os transistores de saída analógica usados ​​nos amplificadores operacionais são projetados para a saída de formas de onda analógicas e, portanto, têm grandes regiões lineares. Os transistores gastam uma quantidade excessiva de tempo na região linear antes da saturação, tornando os tempos de subida e descida longos.

   ...

   O design de um estágio de saída do amplificador operacional é uma má notícia para o designer que precisa de um comparador com tempo de resposta rápido. Os transistores usados ​​nos estágios de saída do amplificador operacional não estão trocando de transistores. São dispositivos lineares, projetados para gerar uma representação precisa de formas de onda analógicas. Quando saturados, eles podem não apenas consumir mais energia do que o esperado, mas também podem travar. O tempo de recuperação pode ser muito imprevisível. Um lote de dispositivos pode se recuperar em microssegundos, outro lote em 10s de milissegundos. O tempo de recuperação não está especificado, porque não pode ser testado. Dependendo do dispositivo, ele pode não se recuperar. A destruição descontrolada dos transistores de saída é uma possibilidade distinta em alguns dispositivos trilho a trilho.

   _{"Amplificadores operacionais e comparadores - não os confunda!", Bruce Carter, pp. 7-8}

No geral, os amplificadores operacionais são recomendados para operação linear e os comparadores para comparação de tensão. É possível usar certos amplificadores operacionais como comparadores com uma configuração de loop aberto, mas o desempenho nesse modo será ruim e / ou imprevisível em comparação com um comparador. E alguns amplificadores operacionais podem ser destruídos quando usados ​​nessa configuração.

¹ Estranhamente, o documento (ID da literatura SLOA067) não pode ser encontrado no link normal da literatura ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ) nem pesquisando o título ou a ID da literatura no site da TI , vinculei a uma cópia do documento de outro site.

Em inglês:

Um comparador retorna um valor booleano / digital: 0 se a entrada A for maior que a entrada B, 1 caso contrário.

Um amplificador operacional diferenciado gera um valor analógico: a diferença entre as entradas, multiplicada por um multiplicador específico do amplificador operacional (a amplificação).

Em mathy:

Um op-amp diferencial é como esta função:

Onde $f$ é a função de saída, $i_1$ e $i_2$ as saídas e $m$ um multiplicador específico de amplificador operacional.

Um comparador é mais ou menos assim:

Para projetos práticos de sistemas, você pode usar um amplificador operacional como um comparador, se não precisar de um desempenho muito alto. No entanto, como os comparadores tendem a ser projetados para entrar na lógica digital, é mais fácil encontrar comparadores compatíveis com lógica (com uma saída de 0 ou 5V, por exemplo). Além disso, alguns amplificadores operacionais fazem coisas estranhas quando são permitidos saturar, pois são projetados para serem usados ​​em configurações de circuito fechado. Por exemplo, eles podem demorar para se recuperar, o que é indesejável para a maioria dos aplicativos comparadores.