コンパレータとは

コンパレータとは、2つの電圧を比べて、どちらが高いかをHighかLowで返す集積回路です。 ミネベアミツミの用語集は、入力された2つの電流や電圧を突き合わせ、その大小に応じて出力電圧を切り替える集積回路だと書いています。

定義・解説

端子の並びはオペアンプと同じです。ミネベアミツミの用語集は、非反転入力端子と反転入力端子、プラス側とマイナス側の電源端子、それに出力端子を合わせた5本で構成されるとしています。出力の決まり方は単純で、ロームの技術解説は、+入力端子の電位が−入力端子より高ければHigh、逆であればLowを出力すると書いています。

片方の入力端子には基準電圧を与えたまま使います。ルネサスのオペアンプ・コンパレータQ&A集は、基準電圧に対して入力信号が高いか低いかを比較してHighかLowを出力するものとし、1ビットのA/Dコンバータとみなすこともできると書いています。2007年8月時点の資料です。連続した電圧の世界を、境目1本でデジタルの2値へ落とす部品、という位置づけになります。

用途もそこから決まります。ロームの技術解説は、温度センサのしきい値検出、バッテリーモニターの電圧監視、過電圧保護での異常検出を例に挙げ、HighとLowの答えを素早く得たい場面で使われるとしています。ミネベアミツミの用語集は、用途としてパルス幅変調、データ変換、ゼロクロッシング検出、オーバーシュートやアンダーシュートの検出、電圧レベル検出を並べています。

オペアンプとの差は、コンデンサ1個です

端子も入力段も同じ形でありながら、2つは別の部品として売り分けられています。ルネサスのQ&A集は、基本回路は同じだとしたうえで、違いを内部位相補正コンデンサの有無と出力形式の2点に絞っています。

共通の土台に、コンデンサ1個を足すか省くかです

2つの部品は5端子と差動入力段を共有し、内部の位相補正コンデンサの有無と出力形式の2点だけで別々の製品になります。この1個のコンデンサが、負帰還での安定と、切り替えの速さのどちらを取るかを決めています。

オペアンプ側の位相補正コンデンサは、負帰還をかけて使ったときに安定動作させるためのものだと同Q&A集は記しています。コンパレータ側は負帰還をかけずに使うため、このコンデンサを省いています。出力段も、オペアンプがNPN-PNPプッシュプルであるのに対し、コンパレータはオープンコレクタで、デジタルのインタフェースに向くとしています。

取り違えたときに何が起きるかも、同じ資料が書いています。オペアンプを比較側へ回した場合は、出力レベルがデジタルのインタフェースからずれ、たとえばロウ・レベルの出力電圧が1V〜2V程度生じます。加えて、位相補正用のコンデンサを内蔵している分だけ速度が落ちます。逆にコンパレータをオペアンプとして使う場合は、位相補正用のコンデンサを省いた構造のため、負帰還をかけると発振します。同Q&A集は、発振を抑えるにはµFオーダのコンデンサを出力端子へ足す必要があり、その場合はスピードが極端に遅くなると付け加えています。2007年8月時点の資料です。

速さの理由をコンデンサ1個だけに帰するのは行きすぎです。ロームの技術解説は、応答速度を左右するものとして位相補償容量のほかに、入力段と出力段の構成、飽和からの復帰、出力形式も挙げています。

しきい値のそばで出力がばたつきます

境目1本でデジタルへ落とす仕組みには、弱点が1つあります。入力が境目のすぐそばに居座ったときです。ロームの技術解説は、境目のすぐそばを入力がゆっくり動くときや、そこにノイズが乗ったときに、出力が不安定に入れ替わることがあるとしています。

境目を1本から2本へ増やします

境目が1本だと、ノイズがそれをまたぐたびに出力が入れ替わります。上がるとき用と下がるとき用に境目を2本へ分けておくと、いったん切り替わった出力は下側の境目まで戻るまで保たれ、入れ替わりは1回で済みます。

この2本の間隔がヒステリシス幅です。日清紡マイクロデバイスのFAQは、非反転式のヒステリシスコンパレータをオープンコレクタ出力で組む場合の回路を示し、しきい値を設定する抵抗値の決め方と、求めた2つのしきい値からヒステリシス幅を計算する式を掲載しています。境目の位置と間隔は、外付け抵抗で設計者が選ぶ数字になります。

ロームの技術解説は、ヒステリシスの要る用途や、HighとLowの切り替えの速さが要る用途では、コンパレータを前提に検討するとしています。オペアンプで代用したときに応答が遅くなるという先の話が、ここで製品選びの理由になります。

応答時間と出力形式は、条件込みの数字です

コンパレータの速さは、入力がどれだけ境目を行き過ぎたかで変わります。ルネサスのQ&A集は、基準入力を超えて余分にかかる差動入力電圧をオーバドライブと呼び、入力振幅100mVに対してオーバドライブが20mVの場合と100mVの場合を並べています。同資料は、この量を20mVから100mVへ増やすと出力の遅延時間も動くため設計時に注意が要るとし、特性を比べるときは条件をそろえるよう書いています。2007年8月時点の資料です。データシートの応答時間は、条件とセットの数字になります。

製品の幅も公開されています。日清紡マイクロデバイスのコンパレータのご紹介は、同社のラインアップを、幅広い電源電圧で動作する汎用品、消費電流100µA以下の低消費品、応答時間200ns以下の高速品に分けています。同ページの絞り込みでは、高耐圧を12V〜36Vの電源動作、高速を伝搬遅延200ns typ.以下、低消費を消費電流10µA typ.以下と定め、0.6µA/chの超低消費品も掲げています。同社製品の区分と値です。エイブリックのCMOSコンパレータのご紹介は、同社品として動作電圧0.9V、消費電流1.4µA max.、入出力のRail-to-Rail動作を挙げ、乾電池1本の電圧から動作すると書いています。

出力側では、プルアップ電圧の上限が製品によって変わります。日清紡マイクロデバイスのFAQは、オープンコレクタ出力の回路形式を2つに分けています。高耐圧品に多い文字どおりのオープンコレクタ回路では、多くが電源電圧を超えるプルアップ電圧を与えられます。耐圧の低い製品に多い、出力端子から電源端子へ向かう保護ダイオードを備えた形式では、電源電圧を超えるプルアップでサージ保護ダイオードが導通し、出力電圧に影響が出る恐れがあるとしています。

入力側にも読み方があります。同社の別のFAQは、片方の入力端子が同相入力電圧範囲に収まってさえいれば、もう片方が範囲の外にあっても正常な出力を得られるとしています。2本とも範囲の外へ出た場合は、正常な出力を期待できる領域の外になります。

よくある質問（FAQ）

コンパレータとは何ですか？

2つの電圧を比べて、どちらが高いかをHighかLowで返す集積回路です。ルネサスのQ&A集は、基準電圧に対して入力信号が高いか低いかを比較してHighかLowを出力するものとし、1ビットのA/Dコンバータとみなすこともできると書いています。2007年8月時点の資料です。

オペアンプとどう違いますか？

内部の位相補正コンデンサの有無と、出力形式が違います。ルネサスのQ&A集は、基本回路は同じだとしたうえで、オペアンプが負帰還で安定動作するための位相補正コンデンサを持ちNPN-PNPプッシュプル出力であるのに対し、コンパレータは位相補正コンデンサを持たずオープンコレクタ出力だとしています。

大小を比べる用途にオペアンプを代わりに使えますか？

動作はしますが、同社は避けるよう案内しています。ルネサスのQ&A集は理由として、出力レベルがデジタルのインタフェースからずれること、たとえばロウ・レベルの出力電圧が1V〜2V程度まで浮くことと、位相補正用のコンデンサを内蔵している分だけ速度が落ちることを挙げています。

増幅にコンパレータを代わりに使えますか？

こちらも同社は避けるよう案内しています。ルネサスのQ&A集は、位相補正用のコンデンサを省いた構造のため負帰還をかけると発振するとし、発振を抑えるにはµFオーダのコンデンサを出力端子へ足す必要があり、その場合はスピードが極端に遅くなると書いています。

ヒステリシスとは何ですか？

上がるときと下がるときで、しきい値を別々に持たせる工夫です。ロームの技術解説は、境目のすぐそばを入力がゆっくり動くときやノイズが乗ったときに出力が不安定に入れ替わることがあるとし、ヒステリシスの要る用途ではコンパレータを前提に検討するとしています。

オーバドライブとは何ですか？

基準入力を超えて余分にかかる差動入力電圧です。ルネサスのQ&A集は、入力振幅100mVに対してオーバドライブ20mVと100mVという2つの例を示し、この量を20mVから100mVへ増やすと出力の遅延時間も動くため、特性を比べるときは条件をそろえるよう書いています。

オープンコレクタ出力のプルアップ電圧はどこまで上げられますか？

製品の回路形式によって変わります。日清紡マイクロデバイスのFAQは、高耐圧品に多い文字どおりのオープンコレクタ回路では電源電圧を超えたプルアップ電圧を与えられる一方、出力端子から電源端子へ向かう保護ダイオードを備えた形式では、電源電圧を超えると保護ダイオードが導通して出力電圧に影響が出るとしています。

比較・違いを学ぶ

オペアンプとは ── 同じ5端子で、位相補正コンデンサを内蔵して負帰還での増幅へ振った部品
ADC（A/Dコンバータ）とは ── 境目1本でなく、多数の段階へ分けてアナログを数値に置き換える部品

出典

この記事の事実は、誰でも読める公開資料を根拠とし、各URLの到達可否をこちらで実測しています。したがって、リンク先が移動または消滅した場合は、その旨をこのページへ反映します。

ルネサスエレクトロニクス「オペアンプ・コンパレータQ&A集」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 基準電圧との比較でHighとLowを出力するという記述、1ビットのA/Dコンバータという見方、オペアンプとの違いが位相補正コンデンサの有無と出力形式にあること、オペアンプ代用時のロウ・レベル出力1V〜2V程度と応答の遅れ、コンパレータ代用時の発振とµFオーダのコンデンサ、オーバドライブの意味と20mV・100mVの例
ローム TechWeb「オペアンプとは？仕組み・役割・選び方・コンパレータとの違い」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── +入力と−入力の電位でHighとLowが決まること、温度センサのしきい値検出やバッテリーモニター、過電圧保護という用途、しきい値付近での出力の不安定な切り替わり、応答速度が位相補償容量以外にも依存すること
日清紡マイクロデバイス「コンパレータのご紹介」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 同社ラインアップの区分と、消費電流100µA以下、応答時間200ns以下、12V〜36V電源動作、伝搬遅延200ns typ.以下、消費電流10µA typ.以下、0.6µA/chという値
日清紡マイクロデバイス FAQ「非反転式ヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅の計算方法」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── ヒステリシスコンパレータの回路構成、しきい値を設定する抵抗値の考え方、ヒステリシス幅を求める式
日清紡マイクロデバイス FAQ「NJM2901をNJM12901に置き換えたところ正しい出力電圧が出なくなりました」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── オープンコレクタ出力の2つの回路形式と、プルアップ電圧を電源電圧より高くできる条件
日清紡マイクロデバイス FAQ「コンパレータは同相入力電圧範囲外の入力電圧を印加しても正常に出力しますか？」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 一方の入力が同相入力電圧範囲内であれば正常な出力が可能であること
エイブリック「CMOSコンパレータのご紹介」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 同社CMOSコンパレータの動作電圧0.9V、消費電流1.4µA max.、入出力Rail-to-Rail動作、乾電池1本からの動作
ミネベアミツミ用語集「コンパレータとは」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 2つの入力の大小に合わせて出力電圧を変える集積回路という記述、オペアンプと同じ5端子、電圧レベル検出やゼロクロッシング検出などの用途