Op Amps vs Comparators: ความแตกต่าง การใช้งาน และรุ่นที่แนะนํา

แอมพลิฟายเออร์และตัวเปรียบเทียบปฏิบัติการเป็นส่วนประกอบอะนาล็อกสองชิ้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ แต่สร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันมาก แม้ว่าอาจดูคล้ายกัน แต่พฤติกรรมการทํางาน ความเร็ว ลักษณะเอาต์พุต และการใช้งานนั้นแตกต่างกันอย่างมาก

ค 1. การดําเนินงาน Amplifier โอเวอร์ view

ค 2. ตัวเปรียบเทียบคืออะไร?

ค 3. ความแตกต่างระหว่าง Op Amps และตัวเปรียบเทียบ

ค 4. ข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไปที่ควรหลีกเลี่ยง

ค 5. Op Amp และรุ่น IC เปรียบเทียบที่แนะนํา

ค 6. การประยุกต์ใช้ Op Amps และตัวเปรียบเทียบ

ค 7. สรุป

ค 8. คําถามที่พบบ่อย [FAQ]

การดําเนินงาน Amplifier Overview

แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการหรือ op amp เป็นแอมพลิฟายเออร์อะนาล็อกอัตราขยายสูงที่ขยายความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วอินพุตสองขั้ว: อินพุตแบบไม่กลับด้าน (+) และอินพุตกลับด้าน (−)

ความสัมพันธ์เอาต์พุตพื้นฐานคือ:

Vout = A(V+ − V−)

โดยที่ A คืออัตราขยายแรงดันไฟฟ้าแบบวงเปิด เนื่องจากอัตราขยายนี้สูงมาก op amps จึงไม่ค่อยใช้เพียงอย่างเดียวในโหมดวงเปิด โดยปกติจะใช้กับข้อเสนอแนะเชิงลบเพื่อควบคุมอัตราขยายปรับปรุงเสถียรภาพลดการบิดเบือนและทําให้วงจรทํางานในช่วงเชิงเส้นที่คาดการณ์ได้

ในวงจรที่ใช้งานได้จริง op amps ใช้สําหรับการขยายสัญญาณ บัฟเฟอร์ การกรอง และการปรับสภาพสัญญาณอะนาล็อกที่แม่นยํา ตัวอย่างทั่วไปอย่างหนึ่งคือผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้า:

Vout = วิน

ผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าไม่เพิ่มอัตราขยายแรงดันไฟฟ้า แต่ให้อิมพีแดนซ์อินพุตสูงและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ํา ทําให้มีประโยชน์สําหรับการบัฟเฟอร์สัญญาณอ่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างเซ็นเซอร์และอินพุต ADC

ตัวเปรียบเทียบคืออะไร?

ตัวเปรียบเทียบเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าอินพุตสองตัวและสลับเอาต์พุตขึ้นอยู่กับอินพุตที่สูงกว่า ซึ่งแตกต่างจากออปแอมป์ตัวเปรียบเทียบได้รับการออกแบบมาเพื่อการสลับที่รวดเร็วไม่ใช่การขยายเชิงเส้นที่ราบรื่น

เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบไม่กลับด้านสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตกลับด้านเอาต์พุตจะเปลี่ยนสถานะ:

วี+ >วี−

ในวงจรจริงตัวเปรียบเทียบมักจะตรวจสอบว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าข้ามแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงหรือไม่:

VIN > VREF

พฤติกรรมนี้มีประโยชน์เมื่อวงจรต้องการการตัดสินใจสูงหรือต่ําที่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น ตัวเปรียบเทียบสามารถตรวจจับแรงดันแบตเตอรี่ต่ํา เกณฑ์เซ็นเซอร์ จุดข้ามรูปคลื่น หรือสภาวะความผิดปกติ เครื่องเปรียบเทียบมักใช้สําหรับการตรวจจับเกณฑ์การตรวจสอบเวลาการควบคุมรูปคลื่นและวงจรป้องกันอย่างรวดเร็ว

ความแตกต่างระหว่าง Op Amps และตัวเปรียบเทียบ

ฟังก์ชันพื้นฐานและพฤติกรรมเอาต์พุต

ความเร็วและประสิทธิภาพการสลับ

ข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไปที่ควรหลีกเลี่ยง

ไอซีเปรียบเทียบ

| LM393 | ประเทศไทย ตัวเปรียบเทียบคู่พร้อมเอาต์พุตแบบเปิดคอลเลคเตอร์| มิซูมิ การตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและการควบคุมอุตสาหกรรม

| LM339 | เครื่องเปรียบเทียบรูปสี่เหลี่ยม | การตรวจจับเกณฑ์หลายช่องสัญญาณ | Uka AG

| TLV3201 | เครื่องเปรียบเทียบพลังงานต่ําความเร็วสูง | มิซูมิ ระบบพกพาและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ | Synus Thailand

| LTC6752 | เครื่องเปรียบเทียบความเร็วสูงพิเศษ | การตรวจจับรูปคลื่นความเร็วสูง | Synology Inc.

| MAX9010 | เครื่องเปรียบเทียบพลังงานต่ําที่มีความแม่นยําสูง การตรวจสอบแบตเตอรี่และการตรวจจับที่แม่นยํา | Synology Inc.

การประยุกต์ใช้ Op Amps และตัวเปรียบเทียบ

ระบบควบคุม ตรวจสอบ และป้องกัน

ในระบบควบคุม การตรวจสอบ และการป้องกัน op amps ถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการปรับสภาพเซ็นเซอร์ การตรวจจับกระแส การควบคุมแรงดันไฟฟ้า การควบคุมข้อเสนอแนะ และการขยายสัญญาณที่แม่นยําก่อนที่สัญญาณจะเข้าสู่ฮาร์ดแวร์การประมวลผลหรือชุดควบคุม ช่วยปรับปรุงความแม่นยําในการวัดและทําให้พฤติกรรมของระบบแอนะล็อกมีเสถียรภาพ

ตัวเปรียบเทียบมักใช้สําหรับฟังก์ชันการควบคุมและการป้องกันตามเกณฑ์ที่รวดเร็ว เช่น การตรวจจับข้อผิดพลาด การควบคุม PWM การตรวจสอบมอเตอร์ และการป้องกันแรงดันไฟเกินหรือกระแสเกิน ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง ฮิสเทรีซิสมักจะถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อปรับปรุงภูมิคุ้มกันเสียงรบกวนและป้องกันการสลับที่ไม่เสถียร

เครื่องเสียงอิเล็กทรอนิกส์

Op amps ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เสียง เนื่องจากให้อัตราขยายที่เสถียร การขยายสัญญาณรบกวนต่ํา และการกรองที่แม่นยํา การใช้งานทั่วไป ได้แก่ ไมโครโฟนพรีแอมพลิฟายเออร์, ฟิลเตอร์แอคทีฟ, อีควอไลเซอร์, วงจรควบคุมโทนเสียง, แอมพลิฟายเออร์หูฟัง และมิกเซอร์เสียง

ตัวเปรียบเทียบพบได้น้อยในการขยายเสียงโดยตรง แต่มีประโยชน์ในการสร้างรูปคลื่น การตรวจจับการตัด การสร้างคลื่นสี่เหลี่ยม และวงจรตรวจจับสัญญาณ

ระบบฝังตัว

ในระบบฝังตัว ออปแอมป์มักจะวางไว้ก่อนอินพุต ADC เพื่อขยายและบัฟเฟอร์สัญญาณเซ็นเซอร์ระดับต่ํา สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความแม่นยําในการวัดและป้องกันการโหลดเซ็นเซอร์โดยอินพุตไมโครคอนโทรลเลอร์

ตัวเปรียบเทียบใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการตรวจจับไฟดับ ทริกเกอร์การปลุก การแปลงระดับลอจิก และการตรวจสอบเกณฑ์เซ็นเซอร์ในระบบที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์

การประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกขั้นสูง

วงจรออปแอมป์ขั้นสูงใช้ในระบบแอนะล็อกที่มีความแม่นยําซึ่งต้องการการจัดการสัญญาณที่แม่นยํา ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด, ตัวกรองความถี่ต่ําและความถี่สูงแบบแอคทีฟ, วงจรรวม, วงจรดิฟเฟอเรนเซอร์, การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยํา และวงจรคํานวณแบบอะนาล็อก

ตัวเปรียบเทียบมักใช้ในวงจรควบคุมเวลาและรูปคลื่น เช่น ทริกเกอร์ Schmitt การสร้างพัลส์ การซิงโครไนซ์ และการตรวจจับความถี่

IoT และอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ํา

ใน IoT และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา op amps ใช้สําหรับการขยายเซ็นเซอร์พลังงานต่ําอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สวมใส่ได้เครื่องมือวัดแบบพกพาและระบบการวัดที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ตัวเปรียบเทียบไมโครพาวเวอร์มักใช้ในระบบ IoT ที่ใช้แบตเตอรี่สําหรับการตรวจสอบพลังงานต่ํา การตรวจจับการปลุก และฟังก์ชันการป้องกัน ซึ่งกระแสไฟสแตนด์บายน้อยที่สุดเป็นสิ่งสําคัญ

สรุป

ออปแอมป์และตัวเปรียบเทียบทั้งประมวลผลสัญญาณแรงดันไฟฟ้า แต่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสําหรับงานที่แตกต่างกัน ออปแอมป์เก่งในการขยายเสียงแบบอะนาล็อกที่แม่นยํา ในขณะที่ตัวเปรียบเทียบได้รับการปรับให้เหมาะสมสําหรับการสลับตามเกณฑ์อย่างรวดเร็ว การเลือกอุปกรณ์ที่ถูกต้องช่วยเพิ่มความเสถียร ความแม่นยํา ประสิทธิภาพการสลับ และความน่าเชื่อถือโดยรวมในระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

คําถามที่พบบ่อย [FAQ]

เหตุใดจึงมักใช้ออปแอมป์กับข้อเสนอแนะเชิงลบในขณะที่ตัวเปรียบเทียบมักทํางานโดยไม่มีมัน

Op amps ใช้ข้อเสนอแนะเชิงลบเพื่อให้วงจรทํางานในพื้นที่เชิงเส้นที่เสถียร ข้อเสนอแนะควบคุมอัตราขยาย ปรับปรุงความแม่นยํา ลดการบิดเบือน และป้องกันไม่ให้เอาต์พุตอิ่มตัวในทันทีเนื่องจากอัตราขยายวงเปิดที่สูงมากของออปแอมป์ อย่างไรก็ตาม ตัวเปรียบเทียบได้รับการออกแบบมาเพื่อสลับอย่างรวดเร็วระหว่างสถานะเอาต์พุตสูงและต่ํา ดังนั้นจึงมักจะทํางานโดยไม่มีการตอบสนองเชิงเส้น ในวงจรเปรียบเทียบจํานวนมาก จะมีการเพิ่มข้อเสนอแนะเพื่อสร้างฮิสเทรีซิสและป้องกันการทริกเกอร์ที่ผิดพลาดที่เกิดจากเสียงรบกวนเท่านั้น

เหตุใดการใช้ออปแอมป์มาตรฐานเป็นตัวเปรียบเทียบจึงถือเป็นข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไป

ออปแอมป์มาตรฐานได้รับการปรับให้เหมาะสมสําหรับการขยายแบบอะนาล็อก ไม่ใช่การสลับความเร็วสูง เมื่อใช้เป็นตัวเปรียบเทียบ อาจประสบกับความล่าช้าในการแพร่กระจาย ความอิ่มตัวของเอาต์พุต และเวลากู้คืนไม่ดี สิ่งนี้สามารถสร้างพฤติกรรมการสลับที่ไม่เสถียรและการตรวจจับเกณฑ์ที่ไม่ถูกต้อง ตัวเปรียบเทียบเฉพาะได้รับการออกแบบให้มีลักษณะการสลับที่เร็วขึ้นและขั้นตอนเอาต์พุตที่เหมาะกว่าสําหรับการเปลี่ยนสัญญาณแบบดิจิตอล

ฮิสเทรีซิสปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวเปรียบเทียบในวงจรที่มีเสียงดังอย่างไร?

ฮิสเทรีซิสสร้างเกณฑ์การสลับที่เพิ่มขึ้นและลดลงแยกจากกันป้องกันการสลับเอาต์พุตที่ไม่เสถียรซึ่งเกิดจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าใกล้กับแรงดันอ้างอิง ด้วยการเพิ่มฮิสเทรีซิสตัวเปรียบเทียบจะบรรลุพฤติกรรมการสลับที่เสถียรมากขึ้นภูมิคุ้มกันเสียงรบกวนที่ดีขึ้นและการตรวจจับเกณฑ์ที่เชื่อถือได้มากขึ้นในการใช้งานเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมและยานยนต์