Envisageons un amplificateur dont l'entrée – est au potentiel V_0.
On sait que V_S = \mu\cdot(v^+ – v^–)
Le gain est très grand (\mu > 10^5)
Pour un écart très faible entre les potentiels des deux entrées, on aboutit à la saturation de la sortie.
Si V^+ > V^– \Rightarrow V_S = + V_{Sat} \approx +U et si V^+ < V^– \Rightarrow V_S = – V_{Sat} \approx –U
Si les entrées ne sont pas à des potentiels très voisins la sortie est saturée.
L'écart entre les tensions de saturation positive et négative est fonction de la structure interne de l'amplificateur opérationnel utilisé. Cet écart, qui est en général faible, sera dans la suite négligé.
Selon que la tension V_E est supérieure ou inférieure à la tension de consigne V_0, le potentiel de la sortie est \pm U. Le comparateur est utilisé dans de nombreux montages en particulier dans les asservissements. Si le signal d'entrée est une tension générée par un capteur, ce dispositif permet de commander en mode tout ou rien un actionneur relié à la sortie de l'amplificateur.
Des amplificateurs opérationnels sont conçus de manière spécifique pour cette application qui nécessite des temps de montée aussi petits que possible.