实验5-电压比较器13年.doc

实验五 电压比较器的研究
一． 实验目的
1． 掌握电压比较器的工作原理，电路的构成及特点。
2． 研究电压比较器波形及传输特性的测试方法。
二． 预备知识
电压比较器是一种能进行电压幅度比较和幅度鉴别的电路，当它的输入电压变化经过某一个或两个比较电平时，其输出电压将发生突变，由一个状态翻转为另一个状态。
电压比较器可由通用集成运算放大器组成，也可使用专用的集成电压比较器，后者幅度鉴别的精确性及响应速度方面均优于前者。集成运算放大器构成的电压比较器也是其非线性的一种应用。

图3.5.1 图3.5.2
（一）.单限电压比较器
图 3.5.1为单限比较器，其特点是只有一个门限电压。图中UR称固定参考电压，DＺ是为输出电平限幅而设的双向稳压管，其击穿电压为±UZ，R3是稳压管限流电阻。
1． 过零比较器
图3.4.1中，当UR=0时，称为过零比较器，是单限比较器的一种特殊情况。图3.5.2也是过零比较器。其输入和输出电压关系为：
Ui>0 U０=−Uz
Ui<0 U０=+Uz
Ui=0 状态转换
2． 电平检测器
图3.5.1中，当UR≠0时，称为电平检测器，其输入和输出电压关系为：
Ui>UR U０=−Uz
Ui<UR U０=+Uz
Ui=UR 状态转换
（二）. 滞回电压比较器

图3.5.3 滞回比较器
滞回电压比较器也称施密特触发器，如图3.5.3所示。与单限电压比较器相比，不同之处是增加了由R3与R２构成的正反馈。这时运放同相端电压U+由参考电压UR和输出电压U０共同决定。根据叠加原理，在同相输入端产生的比较电压为

因为输出电压的两个可能值为U０=±UＺ，因此，施密特触发器有两个比较电压。UTH称为上门限电压，UTL称为下门限电压。
当U0=+UZ时，
，当UR=0时，；
当U0=−UZ时，
，当UR=0时，；
两个门限电压之差称回差电压ΔUT，即。
它们的输入和输出电压关系为：
当U+=UTH时：
Ui<UTH时， UO=UZ ；
Ui>UTH时， UO=-UZ ；
Ui=UTH时， 状态转换。
当U+=UTL时：
Ui<UTL时， UO=-UZ ；
Ui>UTL时， UO= UZ ；
Ui=UTL时， 状态转换。
三． 实验仪器设备
1．实验箱 一个
2．双踪示波器 一台
3．数字万用表 一块
四． 实验内容与步骤
1. 参照实验原理图，对照实验板，了解各元件的位置。
将两路直流电源+12V，-12V分别接入实验板，确认电压和极性无误后方可通电实验。将示波器耦合开关置于“DC”位置，使扫描基线位于屏幕中部水平刻度线上。
2. 电平检测器
设UR=1V。当Ui=0V时，用示波器测量输出电压值。将Ui的值从零逐渐加大，观察并测量输出电压跳变时的值和此时对应的Ui之值，填入表3.5.1。并画出其传输特性。
3. 滞回电压比较器
令UR=0V。若U0为负电压，调节输入电压Ui，观察并测量输出端翻转为正电压时的输入，输出电压值。再调节Ui测量输出端从正电压翻转为负电压时的输入，输出电压值，测出两个门限电压，由此计算其回差电压。把测量及计算值填入表3.5.2。并画出其传输特性。
调节信号发生器，在输入端输入f=1kHZ的正弦波，将示波器“Y方式”选为“交替”，用双踪示波器两路输入同时观察U+和Ui的波形，再观察U0和Ui的波形，并改变Ui的幅值，观察U0是否变化？观察输出波形并记录于图3.5.3中。
五． 预习要求
１．比较器中运放的两个输入端所接电阻是否要求对称？为什么？
２．比较器中运放的两个输入端的电流约等于零（即“虚断”）吗？
３．比较器中集成运放的两个输入端电位差约等于零（即“虚短”）吗？为什么？
４．什么叫传输特性？它与波形图有什么区别？
５．运算放大器作为电压比较器使用和作为放大器使用时在电路结构和分析方法上有何异同？
六． 实验报告
整理实验数据，绘出比较器的传输特性和波形图。回答预习要求中提出的问题。

实验记录：

表3.5.1
参考电压
Ui（V）
Uo（V）
UR=1V
0

跳变时：

表3.5.2
UR（V）
Uo（V）
UTL（V）
UTH（V）
UTH - UTL
0
+

-

图 3.5.3