什么是運(yùn)算放大器？
運(yùn)算放大器(Operational Amplifier)是一種差分放大器，具有高輸入電阻、低輸出電阻、高開(kāi)放增益（開(kāi)環(huán)增益），并具有可放大+輸入引腳與-輸入引腳間的電壓差的功能。

每個(gè)電路由正側(cè)電源引腳、負(fù)側(cè)電源引腳、+輸入引腳、-輸入引腳、輸出引腳等5個(gè)引腳構(gòu)成。

*通常電源、輸入、輸出分類以外的引腳名稱未進(jìn)行統(tǒng)一

運(yùn)算放大器、比較器的圖解符號(hào)

運(yùn)算放大器的電源引腳名稱示例

運(yùn)算放大器要求的功能有高輸入電阻（阻抗）和低輸出電阻。 在下圖【電壓控制電壓源放大器模型】中，輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系如以下公式所示。

電壓控制電壓源放大器模型

信號(hào)電壓Vs是通過(guò)電阻分壓由信號(hào)源電阻Rs和運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信號(hào)被輸入運(yùn)算放大器。

但是，當(dāng)Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(Ri=∞)時(shí)，公式的第1項(xiàng)可視作近似于1、Vs=Vi。

關(guān)于以下第2項(xiàng)，放大了的輸入電壓AvVi被運(yùn)算放大器的輸出電阻Ro和負(fù)載電阻RL分壓輸出。

此時(shí)，當(dāng)Ro遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL(Ro=0)時(shí)，第2項(xiàng)可近似于1，信號(hào)可在不衰減的狀態(tài)下輸出。

這樣的運(yùn)算放大器被稱為理想運(yùn)算放大器。

一般希望運(yùn)算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設(shè)計(jì)為接近理想運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。

信號(hào)電壓Vs是通過(guò)電阻分壓由信號(hào)源電阻Rs和運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信號(hào)被輸入運(yùn)算放大器。

但是，當(dāng)Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(Ri=∞)時(shí)，公式的第1項(xiàng)可視作近似于1、Vs=Vi。

關(guān)于以下第2項(xiàng)，放大了的輸入電壓AvVi被運(yùn)算放大器的輸出電阻Ro和負(fù)載電阻RL分壓輸出。

此時(shí)，當(dāng)Ro遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL(Ro=0)時(shí)，第2項(xiàng)可近似于1，信號(hào)可在不衰減的狀態(tài)下輸出。

這樣的運(yùn)算放大器被稱為理想運(yùn)算放大器。

一般希望運(yùn)算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設(shè)計(jì)為接近理想運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。

運(yùn)算放大器按其放大率放大引腳間的電壓差，因此輸出電壓表示如下。

當(dāng)運(yùn)算放大器的開(kāi)放增益Av足夠大時(shí)，可視為左邊近似于0、Vs=VOUT。

增益較低時(shí)，公式左邊不可近似于0，這樣，輸出電壓會(huì)發(fā)生誤差。

之所以希望運(yùn)算放大器有高開(kāi)放增益，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)該增益可盡量縮小輸出電壓誤差。

高開(kāi)放增益從其他角度來(lái)看，意味著應(yīng)盡量減小+輸入引腳和-輸入引腳間的電位差。即，開(kāi)放增益越大，VIN+=VIN-的關(guān)系成立的可能性就越大。該+輸入引腳和-輸入引腳的電位基本相等的關(guān)系被稱為虛短、虛斷或虛擬接地。

構(gòu)成負(fù)反饋電路使用時(shí)，該關(guān)系成立，可利用虛擬接地的特性設(shè)計(jì)應(yīng)用電路。

什么是比較器

比較器(Voltage Comparator)的引腳結(jié)構(gòu)與運(yùn)算放大器相同，即由+輸入引腳、-輸入引腳、正側(cè)電源引腳、負(fù)側(cè)電源引腳、輸出引腳等5個(gè)引腳構(gòu)成。 該電路使用任一輸入引腳為基準(zhǔn)引腳來(lái)固定電壓，放大該基準(zhǔn)電壓與輸入另一個(gè)引腳的電壓間的差，輸出High或Low。

+輸入引腳的電位 > -輸入引腳的電位成立時(shí)，輸出High級(jí)
-輸入引腳的電位 > +輸入引腳的電位成立時(shí)，輸出Low級(jí)

運(yùn)算放大器與比較器的很大差異是有無(wú)相位補(bǔ)償電容。
由于運(yùn)算放大器構(gòu)成負(fù)反饋電路使用，因此需要在IC內(nèi)部設(shè)置防振相位補(bǔ)償電容。
而比較器未構(gòu)成負(fù)反饋電路，因此未內(nèi)置相位補(bǔ)償電容。
由于相位補(bǔ)償電容限制了輸入-輸出間的響應(yīng)時(shí)間，因此無(wú)相位補(bǔ)償電容的比較器具有比運(yùn)算放大器更好的響應(yīng)性。
另一方面，根據(jù)該相位補(bǔ)償電容的有無(wú)，將運(yùn)算放大器作為比較器使用時(shí)，因受相位補(bǔ)償電容限制，其響應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于比較器。
運(yùn)算放大器作為比較器使用時(shí)需要注意。

文章來(lái)源：羅姆

審核編輯：湯梓紅