Diferencia entre amplificador operacional diferencial y comparador

¿Cuál es la diferencia entre un amplificador operacional diferencial y un comparador? Sé que un comparador solo puede darme dos valores (los valores de oferta).

El amplificador operacional diferencial amplifica la diferencia entre las entradas ... pero ¿no debería un comparador hacer lo mismo entonces? ¿Cuál es la diferencia específica?

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

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

TL072

LM339

Cosas en comun:

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 cual es deseable para un amplificador operacional. La mayoría de los análisis de amplificadores operacionales suponen 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 en exceso, 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 cantidad de voltajes de salida a través de una resistencia pull-up, o implementar trivialmente un cable o bus. No querrá esto para un amplificador operacional, porque generalmente desea que un amplificador operacional sea tan bueno para obtener corriente como para hundirla, de modo que su forma de onda de salida sea simétrica. Observe la salida de par push-pull NPN-PNP de TL072.

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

Un diseñador experimentado de IC probablemente podría señalar más diferencias, solo desde el esquema. No soy uno de esos, pero puedo ver las diferencias en las hojas de datos. Por ejemplo, no veo una relación de rechazo de modo común o de fuente de alimentación, distorsión armónica o figura 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.

Por lo tanto, en todos los casos, podría usar un amplificador operacional como comparador, o un comparador como amplificador operacional, si sus requisitos no son muy exigentes. Dada la diferencia en cómo se especifican las partes, puede no ser posible saber a partir de las especificaciones cómo funcionará.

Son iguales si opera el amplificador diferencial en saturación ... entonces realiza la función de comparador.

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

Un comparador proporciona la comparación del Voltaje de entrada con un Voltaje de referencia y proporciona cualquiera de las fuentes Vdd o Vss , este comportamiento binario lo lleva al DOMINIO DIGITAL .

TI Application Report Op Amp y comparadores - ¡No los confunda! ¹ proporciona una comparación informativa de amplificadores operacionales versus comparadores. Resumiendo los puntos resaltados en el informe:

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

   Sin embargo, la salida de un amplificador operacional siempre es analógica, destinada a la operación lineal.

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

   $$V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$$
3. Se puede usar un amplificador operacional como comparador cuando se configura para un bucle abierto, pero esto no se recomienda:

   Un amplificador operacional, destinado a la operación de circuito cerrado, está optimizado para aplicaciones de circuito cerrado. Los resultados cuando se usa un amplificador operacional de bucle abierto son impredecibles. Ningún fabricante de semiconductores, incluidos Texas Instruments, puede asegurar o garantizará el funcionamiento de un amplificador operacional utilizado en una aplicación de circuito abierto. Los transistores de salida analógica utilizados en amplificadores operacionales están diseñados para la salida de formas de onda analógicas y, por lo tanto, tienen grandes regiones lineales. Los transistores pasarán una cantidad excesiva de tiempo en la región lineal antes de la saturación, haciendo que los tiempos de subida y bajada sean largos.

   ...

   El diseño de una etapa de salida de amplificador operacional es una mala noticia para el diseñador que necesita un comparador con un tiempo de respuesta rápido. Los transistores utilizados para las etapas de salida del amplificador operacional no son transistores de conmutación. Son dispositivos lineales, diseñados para generar una representación precisa de formas de onda analógicas. Cuando están saturados, pueden no solo consumir más energía de la esperada, sino que también pueden engancharse. El tiempo de recuperación puede ser muy impredecible. Un lote de dispositivos puede recuperarse en microsegundos, otro lote en 10's de milisegundos. El tiempo de recuperación no se especifica porque no se puede probar. Dependiendo del dispositivo, es posible que no se recupere en absoluto. La destrucción descontrolada de los transistores de salida es una posibilidad clara en algunos dispositivos de riel a riel.

   _{"Op Amp y comparadores - ¡No los confunda!", Bruce Carter, pp. 7-8}

En general, se recomiendan amplificadores operacionales para operación lineal y comparadores para comparación de voltaje. Es posible usar ciertos amplificadores operacionales como comparadores con una configuración de bucle abierto, pero el rendimiento en tal modo será pobre y / o impredecible en comparación con un comparador. Y algunos amplificadores operacionales pueden destruirse cuando se usan en dicha configuración.

¹ Curiosamente, el documento (ID de literatura SLOA067) no se puede encontrar en el enlace de literatura normal ( http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067 ) ni buscando el título o la ID de literatura en el sitio web de TI , así que me he vinculado a una copia del documento desde 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 mathy:

Un amplificador operacional diferencial es como esta función:

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

Un comparador es más así:

Para el 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 estar diseñados para entrar en lógica digital, es más fácil encontrar comparadores compatibles con lógica (con una salida de 0 o 5V, por ejemplo). Además, algunos amplificadores operacionales hacen cosas raras cuando se les permite saturar, ya que están diseñados para usarse en configuraciones de circuito cerrado. Por ejemplo, pueden tardar en recuperarse, lo que no es deseable para la mayoría de las aplicaciones de comparación.