实验十一_电压比较器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验十一,电压比较器,一、实验目的,1,熟悉单限、迟滞和窗口电压比较器的工作原理及电路形式。,2,掌握电压比较器输入、输出电压波形及电压传输特性的观、测方法。,3,研究参考电压及迟滞比较器的电压正反馈对电压传输特性的影响。,二、实验原理,电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，当它的输入电压变化越过某一个或两个比较电平时，其输出电压将由一个状态翻转为另一个状态的突变。因此，输出电压的状态可标志其输入电压是否越过比较电平。输出电压的两种状态或两种可能的数值分别称为输出高电平记为,VOH,和输出低电平记为,VOL,。电压比较器有两个输入端，一般情况是：一端加的是被比较的模拟信号,vI,，另一端加的是基准,(,参考,),电压,VR,。,1.,单限电压比较器,图,11-1,电压比较器的输入、输出波形 图,11-2,基本单限电压比较器,二、实验原理,图,11-2,为基本单限电压比较器电路，模拟信号电压,vI,通过电阻,R1,加到集成运放的反相输入端，基准电压,VR,通过电阻,R2,加在同,相输入端。,VR,的值可正，可负也可为零。输出端经双向基准稳,压管与反相输入端相连，用以对输出电压进行限幅。根据运算,放大器基本原理有,VN=VP,VR,。所以，只要输入信号,vI,大于,VR,，输出电压就呈低电平，其值为,VOL=VR-VZ,。而当,vI,小于,VR,时，输出电压则翻转为高电平，。其值为,VOH=VR+VZ,。上,两式中，,VZ,为双向基准稳压管的稳定电压。输出电压发生翻转,时，输入信号电压值,VT,称为门限电压。图,11-2,电路的门限电压,VT,就等于参考电压,VR,。,二、实验原理,图,1l-2,电路的电压传输特性如图,11-3,所示，图中的三条曲线、,、分别为,VR=0,、,VR0,时的电压传输特性。由图,11-,3,可见，在单限电压比较器中，无,论参考电压,VR,为何值都只有一个,门限电压，且等于参考电压。当,VR=0,时，输出电压是在,vI,过零点,时由一个状态翻转为另一个状态,的，故这种情况下的比较器称为过,零比较器。,图,11-3,单限电压比较器的传输特性,二、实验原理,2.,迟滞比较器,(,亦称施密特触发器,),迟滞比较器是一种滞后电压比较,器，电路如图,11-4,所示，图中电,阻,R2,、,R3,构成电压正反馈网,络，,R2,越大、,R3,越小，正反馈,越强。由于正反馈的存在，门限,电压不再仅仅取决于参考电压,VR,，而是由,VR,与输出电压,VO,共,同决定。输出电压为,两个门限电压分别为,图,11-4,迟滞比较器电路,二、实验原理,图,11-5,施密特触发器电压传特性,两个门限电压之差称为门限宽度,VH,，即,可见，当,VZ,一定时,(,本实验中,VZ6V),，两个门限电压,VHT,、,VLT,与,VR,及,R2,R3,有关，而门限宽度只与,R2,R3,有关。当,R2,R3,不变时，改变,VR,，电压传输特性将沿着横坐标轴移动，门限电压,VH,保持不变，只有当改变,R2,R3,时,VH,才会改变，,R2,R3,愈大，表明正反馈愈强，反映两门限电压之差的门限宽度,VH,也就愈大。,二、实验原理,3,窗口电压比较器,单限比较器和迟滞比较器在输入电压,单一方向变化时,输出电压只跃变一次,因而不能检测出输入电压是否在两个,给定电压之间,而窗口比较器具有这一,功能。图,11-6,为窗口比较器电路，外,加参考电压,电阻,R,和稳压管,DZ,构成,限幅运放采用,LM358,双运放,其引,脚见图,11-7,。,图,11-6,窗口比较器电路,图,11-7 LM358,引脚图,图,11-8,窗口比较器的电压传输特性,二、实验原理,图,11-9,专用集成电压比较器,LM319,构成的窗口比较器,图,11-9,是由专用集成电压比较器,LM319,构成的窗口比较器，电路简单，只需外接一个上拉电阻。,LM319,是双电压比较器，其外形和引脚见图,11-10,。,图,11-10 LM319,的引脚图,二、实验原理,电压比较器的测试信号可用直流电压，也可用交流电压。为便于用示波器直接观测，本实验采用三角波作为输入信号。测试时，将电压比较器的输出、输入信号电压分别加到双踪示波器的两路,(CH1,、,CH2),输入端上，按下示波器面板上的“,ALT”,双通道交替使用键，即可在屏幕上同时观察到输入、输出电压波形；当按下面板上的“,X-Y,，键时，两路通道变为,Y,通道和,X,通道，屏幕上显示的将是,Y,轴与,X,轴两个方向波形的合成波形，应用这种方法可直接观察比较器的电压传输特性。改变,VR,及,R2,R3,可直接看到传输特性的变化，并可进行测量。,在测试中应注意输入信号必须足够大，否则由于电路仍工作在线性区而使输出电压达不到额定值，但输入信号也不能太大，因太大会受到差模输入电压范围的限制。,三、实验电路,实验电路分别如图,11-2,、,11-4,、11-6,、,11-9,所示。,基准电压是由图,11-11,电阻分压器的两个分压值,VRH2V,和,VRL1V,提供的。,输入电压,vI,采用函数发生器输出的,f=400Hz,三角波。,图,11-11,电阻分压器,四，实验内容,1.,单限比较器：在实验箱上插接图,11-2,电路及图,11-11,分压电路,;,(1),输入,VP-P=6V,、,f=400Hz,的三角波,;VR=0V(,即参考输入端接地,);,用示波器观察输入、输出电压波形及电压传输特性,;,并测出,VoH,、,VOL,、,VT,之值。定量描绘输入、输出电压波形图和电压传输特性曲线。,(2),（选作）,将,VR,改为,1V,（分压电路,VRL,端的输出电压）,重复第,(1),步。,2.,迟滞比较器：按图,11-4,插接电路,保留分压电路。,(1),输入,VP-P=6V,、,f=400Hz,的三角波,;VR=1V(,即分压电路,VRL,端的输出电压,),R3=220K;,用示波器观察输入、输出电压波形及电压传输特性,;,并测出,VoH,、,VOL,、,VLT,、,VHT,之值。定量描绘输入、输出电压波形图和电压传输特性曲线。,3.,窗口比较器：保留分压电路,;,分别按图,11-6,和图,11-9,联结电,路,;VRH=2V,、,VRL=1V,输入,VP-P=6V,、,f=400Hz,的三角波,;,用示波器观察输入、输出电压波形及电压传输特性,;,并测出,VoH,、,VOL,之值。定量描绘输入、输出电压波形图和电压传输特性曲线。比较两窗口比较器的电压传输特性有何不同,?,