什麼是運算放大器

運算放大器(Operational Amplifier)是一種差分放大器，具有高輸入電阻、低輸出電阻、高開放增益（開環增益），并具有可放大 輸入引腳與-輸入引腳間的電壓差的功能。

每個電路由正側電源引腳、負側電源引腳、 輸入引腳、-輸入引腳、輸出引腳等5個引腳構成。

*通常電源、輸入、輸出分類以外的引腳名稱未進行統一

運算放大器、比較器的圖解符号

運算放大器的電源引腳名稱示例

運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系如以下公式所示。

電壓控制電壓源放大器模型

信号電壓Vs是通過電阻分壓由信号源電阻Rs和運算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信号被輸入運算放大器。

但是，當Ri遠遠大于Rs(Ri=∞)時，公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi。

關于以下第2項，放大了的輸入電壓AvVi被運算放大器的輸出電阻Ro和負載電阻RL分壓輸出。

此時，當Ro遠遠小于RL(Ro=0)時，第2項可近似于1，信号可在不衰減的狀态下輸出。

這樣的運算放大器被稱為理想運算放大器。

一般希望運算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設計為接近理想運算放大器的電路結構。

信号電壓Vs是通過電阻分壓由信号源電阻Rs和運算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信号被輸入運算放大器。

但是，當Ri遠遠大于Rs(Ri=∞)時，公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi。

關于以下第2項，放大了的輸入電壓AvVi被運算放大器的輸出電阻Ro和負載電阻RL分壓輸出。

此時，當Ro遠遠小于RL(Ro=0)時，第2項可近似于1，信号可在不衰減的狀态下輸出。

這樣的運算放大器被稱為理想運算放大器。

一般希望運算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設計為接近理想運算放大器的電路結構。

運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。

當運算放大器的開放增益Av足夠大時，可視為左邊近似于0、Vs=VOUT。

增益較低時，公式左邊不可近似于0，這樣，輸出電壓會發生誤差。

之所以希望運算放大器有高開放增益，是因為通過該增益可盡量縮小輸出電壓誤差。

高開放增益從其他角度來看，意味着應盡量減小 輸入引腳和-輸入引腳間的電位差。即，開放增益越大，VIN =VIN-的關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系被稱為虛短、虛斷或虛拟接地。

構成負反饋電路使用時，該關系成立，可利用虛拟接地的特性設計應用電路。

什麼是比較器

比較器(Voltage Comparator)的引腳結構與運算放大器相同，即由 輸入引腳、-輸入引腳、正側電源引腳、負側電源引腳、輸出引腳等5個引腳構成。該電路使用任一輸入引腳為基準引腳來固定電壓，放大該基準電壓與輸入另一個引腳的電壓間的差，輸出High或Low。

輸入引腳的電位 > -輸入引腳的電位成立時，輸出High級-輸入引腳的電位 > 輸入引腳的電位成立時，輸出Low級

運算放大器與比較器的很大差異是有無相位補償電容。

由于運算放大器構成負反饋電路使用，因此需要在IC内部設置防振相位補償電容。

而比較器未構成負反饋電路，因此未内置相位補償電容。

由于相位補償電容限制了輸入-輸出間的響應時間，因此無相位補償電容的比較器具有比運算放大器更好的響應性。

另一方面，根據該相位補償電容的有無，将運算放大器作為比較器使用時，因受相位補償電容限制，其響應性遠遠低于比較器。

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