Was sind OpAmps und Komparatoren?

Was sind OpAmps?

OpAmps (Operationsverstärker) sind Differenzialverstärker, die die Differenzialspannung zwischen den +/- Eingangs-Pins verstärken und sich durch einen hohen Eingangswiderstand, einen niedrigen Ausgangswiderstand und eine hohe offene Verstärkung (Leerlaufverstärkung) auszeichnen.
Jeder Schaltkreis besteht aus 5 Terminals: Positive Stromversorgung, negative Stromversorgung, + Eingang, - Eingang und Ausgang.

*Generell sind die Bezeichnungen für die Stromversorgung, Eingangs- und Ausgangs-Pins nicht standardisiert

OpAmps benötigen einen hohen Eingangswiderstand (Impedanz) und einen niedrigen Ausgangswiderstand.
In der rechten Abbildung des „spannungskontrollierten Spannungsquellenverstärkermodells", wird die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung durch die folgende Formel ausgedrückt.

Die Signalspannung V_swird geteilt durch den Spannungsteiler basierend auf dem Signalquellenwiderstand R_sund OpAmp-Eingangsspannung R_i, wobei das gedämpfte Signal in den OpAmp eingeleitet wird.
Ist R_i jedoch im Vergleich mit R_s (R_i=∞) groß genug, kann der erste Term der Gleichung an 1 angenähert und als Vs=Vi angezeigt werden.
Beim zweiten Term wird die verstärkte Eingangsspannung A_vV_igeteilt und basierend auf dem OpAmp-Ausgangswiderstand R_ound dem Lastwiderstand R_Lausgegeben.
Zu dem Zeitpunkt, wenn R_o ausreichend kleiner als R_L (R_o=0) ist, kann der zweite Term an 1 angenähert werden und Sie werden sehen, dass das Signal ohne Dämpfung ausgegeben werden kann.
Diese Art von OpAmp wird als idealer OpAmp bezeichnet.
Normale OpAmps werden so konfiguriert, dass sie so nah wie möglich am idealen OpAmp liegen – mit einem hohen Eingangswiderstand und einem niedrigen Ausgangswiderstand.

Normale OpAmps werden so konfiguriert, dass sie so nah wie möglich am idealen OpAmp liegen – mit einem hohen Eingangswiderstand und einem niedrigen Ausgangswiderstand.
Daher ist es für einen OpAmp vorteilhaft, einen hohen Verstärkungsfaktor zu haben.
Der Grund kann durch den Spannungsfolgeschaltkreis erklärt werden.
Bei einem Spannungsfolgeschaltkreis sind ein Eingangs- und Ausgangsspannung gleich. Er kann hauptsächlich als Spannungspuffer verwendet werden mit einem hohen Eingangswiderstand und einer niedrigen Ausgangsspannung und V_s=V_OUT.

OpAmps verstärken die Differenzialspannung basierend auf dem Verstärkungsfaktor des OpAmps, wobei die Ausgangsspannung folgendermaßen ausgedrückt wird.

Daher,

Wenn die offene Verstärkung von A_v des OpAmp groß genug ist, kann die linke Seite an 0 angenähert werden und V_s=V_OUT.
Ist die Verstärkung niedrig, kann die linke Seite der Gleichung nicht an 0 angenähert werden und es kommt zu einem Fehler bei der Ausgangsspannung.
Um einen hohe offene Verstärkung zu erreichen, sollte der Ausgangsspannnungsfehler basierend auf diesem Fehler so gering wie möglich sein.
Dies kann auch so betrachtet werden, dass die Minimierung der potenziellen Differenz zwischen den umgekehrten (-) und nicht umgekehrten (+) Eingängen die offene Verstärkung steigert. Dies bedeutet, dass die Beziehung V_IN+=V_IN- existiert je höher die offene Verstärkung wird. Die Beziehung, bei der +Eingang und -Eingang virtuell gleich sind, wird als .virtueller Kurzschluss oder imaginärer Kurzschluss bezeichnet (oder imaginäre/virtuelle Masse).
Beachten Sie, dass diese Beziehung existiert, wenn negative Feedback-Schaltkreise konfiguriert und genutzt sowie Anwendungsschaltkreise mithilfe von Merkmalen virtueller Masse entwickelt werden.

Was sind Vergleicher?

Vergleicher haben dieselbe Pin-Konfiguration wie OpAmps: + Eingang, - Eingang, Positive Versorgung, Negative Versorgung, und Output-Pins. Bei Vergleichern wird jedoch einer der Eingangs-Pins als Referenz-Pin verwendet (mit einer festen Spannung) und die Spannungsdifferenz zwischen diesem Referenzwert und der Spannung, die am anderen Eingangs-Pin bereitgestellt wird, wird verstärkt, was zu einem hohen oder niedrigen Ausgang führt.

+Eingangs-Pin-Potenzial > -Eingangs-Pin-Potenzial = Ausgang hoch
-Eingangs-Pin-Potenzial > +Eingangs-Pin-Potenzial = Ausgang niedrig

Der Hauptunterschied zwischen OpAmps und Vergleichern ist das Vorhandensein/die Abwesenheit von Phasenkompensationskapazität.
Zur Verhinderung innerer Schwingungen benötigen OpAmps eine Phasenkompensation, insbesondere bei der Konfiguration negativer Feedback-Schaltkreise.
Im Gegensatz dazu enthalten Vergleicher (die nicht für die Konfiguration negativer Feedback-Schaltkreise verwendet werden) keine interne Phasenkompensationskapazität.
Da die Reaktionszeit zwischen Eingang und Ausgang begrenzt wird (aufgrund von Phasenkompensationskapazität) bieten Vergleicher daher generell bessere Reaktionszeiten als OpAmps.
Mit anderen Worten: Werden OpAmps als Vergleicher verwendet, ist die Reaktionszeit aufgrund der in OpAmps enthaltenen Phasenkompensationskapazität deutlich schlechter.
Daher sollten Sie vorsichtig sein, wenn Sie Vergleicher mit OpAmps ersetzen.