¿Cuál es la diferencia entre un amplificador operacional diferencial y un comparador? Sé que un comparador solo puede darme dos valores (los valores de la fuente).
El amplificador operacional diferencial amplifica la diferencia entre las entradas...pero ¿no debería hacer lo mismo un comparador entonces? ¿Cuál es la diferencia específica?
Como primera aproximación, no hay una diferencia. Una pregunta similar podría ser "¿cuál es la diferencia entre un motor de corriente continua y un generador?" Cualquiera funcionará en cualquiera de los roles, pero cada uno está optimizado para maximizar ciertas cualidades a expensas de otras, según la aplicación prevista.
Comparemos el esquemático interno de un amplificador operacional común, TL072, y un comparador común, LM339:
Elementos en común:
Diferencias:
El TL072 usa JFETs para la entrada. Esto se debe a que los JFETs proporcionan una impedancia de entrada extremadamente alta, lo cual es deseable para un amplificador operacional. La mayoría de los análisis de amplificadores operacionales asumen que las corrientes de polarización (las corrientes que atraviesan las entradas) son cero, pero esto solo es cierto en la medida en que la impedancia de entrada sea infinita. Para un comparador, sí deseas una alta impedancia de entrada para evitar cargar la fuente excesivamente, pero no es tan importante que la impedancia de entrada sea muy alta.
El LM339 tiene una salida de colector abierto. Para un comparador, esto es bueno, porque le permite interoperar con cualquier número de voltajes de salida a través de una resistencia de pull-up, o implementar trivialmente un bus wired-or. No querrías esto para un amplificador operacional, porque usualmente quieres que un amplificador operacional sea igualmente bueno suministrando corriente que absorbiéndola, para que tu forma de onda de salida sea simétrica. Observa la salida de par push-pull NPN-PNP de TL072.
El LM339 puede bajar la salida hasta 0.2V o subirla hasta \$V_{cc}\$, gracias a su salida de colector abierto. TL072 especifica un rango de voltaje de salida de \$\pm 10V\$ cuando \$V_{cc} = 15V\$ cuando la carga es menor a \$2k\Omega\$.
Un diseñador de CI experimentado probablemente podría señalar más diferencias, solo con el esquemático. Yo no soy uno de esos, pero puedo ver las diferencias en las hojas de datos. Por ejemplo, no veo una razón en común o una ratio de rechazo de la fuente de alimentación, distorsión armónica o cifra de ruido especificada en absoluto para LM339. Estas podrían medirse para un comparador, y las encontrarás en todas las hojas de datos de amplificadores operacionales, pero para una aplicación de comparador, estos parámetros no son especialmente relevantes, por lo que no están especificados y, si lo estuvieran, probablemente serían muy pobres.
Por lo tanto, en cada caso, podrías utilizar un amplificador operacional como comparador, o un comparador como amplificador operacional, si tus requisitos no son muy exigentes. Dadas las diferencias en la forma en que se especifican las partes, puede que no sea posible saber cómo funcionará ni siquiera desde las especificaciones.
Estoy teniendo un poco de dificultad imaginando al Lm339 como un amplificador operacional diferencial. La salida de colector abierto solo me permite 2 valores, ya sea alto o bajo.
@user25282 la salida de colector abierto no tiene nada que ver con esto. El amplificador de emisor común de clase A elemental es igual que una salida de colector abierto, pero el transistor está funcionando en la región activa. Este no es un modo de operación deseado, por eso la ganancia es tan alta: para reducir la posibilidad de que las entradas resulten en esta situación. Por lo tanto, necesitarás retroalimentación negativa para que funcione. Lo mismo ocurre con un amplificador operacional.
@user25282 - Am LM339 y LM324 son dispositivos muy similares que, según mi entendimiento, provienen de los mismos diseñadores originalmente alrededor de la misma época (hace mucho tiempo), pero el primero es un comparador y el segundo es un amplificador operacional. Busca en los apuntes tempranos de LM339 y encontrarás circuitos para utilizarlo como un amplificador operacional de baja anchura de banda. El comparador está optimizado para cambiar limpiamente y puede prestar menos atención a la linealidad y estabilidad bajo condiciones lineares.
Son iguales si operas el amplificador diferencial en saturación.. entonces cumple la función de comparador.
Pero básicamente, el Amplificador Diferencial es un Amplificador que lo lleva al DOMINIO ANALÓGICO
Un comparador compara el Voltaje de Entrada contra un Voltaje de Referencia y da cualquiera de las fuentes Vdd o Vss, este comportamiento binario lo lleva al DOMINIO DIGITAL.
Conceptualmente, son iguales pero no siempre son intercambiables ya que el comparador está optimizado de manera diferente.
Un comparador está optimizado para recuperarse rápidamente de la saturación de la etapa de salida, lo cual es bueno para la velocidad. La mayoría de los comparadores tienen una etapa de salida de colector abierto o drenaje abierto, esto facilita la construcción de comparadores de ventana o la operación OR fácil.
El Informe de Aplicación de TI Op Amp y Comparadores - ¡No los Confundas!1 proporciona una comparación informativa de amplificadores operacionales vs. comparadores. Resumiendo los puntos destacados en el informe:
Las salidas de los comparadores a veces son de colector/drenaje abierto para operación digital. Las salidas de múltiples comparadores pueden estar conectadas para formar una compuerta NAND: 
Sin embargo, la salida de un amplificador operacional siempre es analógica, diseñada para operación lineal.
Los comparadores generalmente se operan con un lazo abierto, mientras que los amplificadores operacionales generalmente se operan con un lazo cerrado. Aunque un comparador puede usarse con un lazo cerrado para agregar histéresis: 
El voltaje de histéresis es $$V_H = \frac{R_P}{R_P + R_H}$$
Un amplificador operacional puede usarse como comparador cuando está configurado en un lazo abierto, pero esto no se recomienda:
Un amplificador operacional, diseñado para operación en lazo cerrado, está optimizado para aplicaciones en lazo cerrado. Los resultados cuando se utiliza un amplificador operacional en lazo abierto son impredecibles. Ningún fabricante de semiconductores, incluido Texas Instruments, puede o asegurará la operación de un amplificador operacional utilizado en una aplicación de lazo abierto. Los transistores de salida analógicos utilizados en los 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 desproporcionada de tiempo en la región lineal antes de la saturación, lo que prolonga los tiempos de subida y de caída.
...
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 de amplificadores operacionales no son transistores de conmutación. Son dispositivos lineales, diseñados para producir representaciones precisas de formas de onda analógicas. Cuando se saturan, pueden consumir más potencia de la esperada y también pueden bloquearse. El tiempo de recuperación puede ser muy impredecible. Una serie de dispositivos puede recuperarse en microsegundos, otra serie en decenas 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 incontrolada de los transistores de salida es una posibilidad distinta en algunos dispositivos de riel a riel.
<strong>"Op Amp y Comparadores - ¡No los Confundas!", Bruce Carter, pp. 7-8</strong>
En general, los amplificadores operacionales se recomiendan para operaciones lineales y los comparadores para comparaciones de voltaje. Es posible usar ciertos amplificadores operacionales como comparadores con una configuración de lazo abierto, pero el rendimiento en tal modo será pobre y/o impredecible en comparación con un comparador. Y algunos amplificadores operacionales pueden ser destruidos cuando se utilizan en tal configuración.
1 Extrañamente, el documento (ID de literatura SLOA067) no se puede encontrar en el enlace normal de literatura (http://www-s.ti.com/sc/techlit/sloa067) ni buscando el título o el ID de literatura en el sitio web de TI, por lo que he vinculado a una copia del documento desde otro sitio.
Creo que la razón de la desaparición de SLOA067 es que el material también aparece en el libro de Bruce Carter (Op Amps for Everyone) books.google.com/books?id=nnCNsjpicJIC&pg=PA536 Él también era el autor de SLOA067. Analog Devices tiene una nota de aplicación algo similar: analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/…
Para el diseño de sistemas prácticos, puedes usar un amplificador operacional como comparador si no necesitas un rendimiento muy alto. Sin embargo, dado que los comparadores tienden a diseñarse para entrar en lógica digital, es más fácil encontrar comparadores compatibles con la lógica (con una salida de 0 o 5V, por ejemplo). Además, algunos amplificadores operacionales hacen cosas extrañas cuando se les permite saturarse, ya que están diseñados para ser utilizados en configuraciones de lazo cerrado. Por ejemplo, pueden ser lentos en recuperarse, lo cual es indeseable para la mayoría de las aplicaciones de comparadores.
Un comparador devuelve un valor booleano/digital: 0 si la entrada A es mayor que la entrada B, 1 en caso contrario.
Un amplificador operacional diferencial produce un valor analógico: la diferencia entre las entradas, multiplicada por un multiplicador específico del amplificador operacional (la amplificación).
Un amplificador operacional diferencial es como esta función:
$$f(i_1, i_2) = | i_1 - i_2 | \cdot m$$
Donde \$f\$ es la función de salida, \$i_1\$ y \$i_2\$ son las entradas, y \$m\$ es un multiplicador específico del amplificador operacional.
Un comparador es más como esto:
$$f(i_1,i_2)=\begin{cases} 0, & i_1 < i_2, \\ 1, & i_1 \ge i_2 \end{cases}$$
Ahh... El comparador siempre tiene una entrada que está conectada a tierra.. Entonces.. Aol(c-0) = +Vss AOl(-c-0)= -Vss
@user25282 - No hay NINGUNA razón para requerir que una entrada de un comparador esté conectada a tierra. Las entradas al comparador serán utilizables en conexiones a niveles de voltaje en todo el rango del Voltaje Común de Modo de Entrada según lo especificado en la hoja de datos. De hecho, los comparadores a menudo tienen sus pines de alimentación más negativos conectados a GND y si una entrada también está conectada a GND, el comparador se vuelve casi inútil para su funcionalidad de "comparación".
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Texas Instruments tenía una nota de aplicación sobre eso, pero ya no la puedo encontrar. El título era algo así como "Op-amps y comparadores: no los confundas".
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Fue SLOA067, pero lo han eliminado de su sitio web. Sin embargo, internet tiene una memoria más larga. bytebucket.org/intelligentagent/replicape/raw/…
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Ver también la respuesta de Null abajo y mi comentario debajo de eso.