电压比较器实验

电压比较器及其应用实验一、实验目的1.了解电压比较器与运算放大器的性能区别；4.掌握比较器在电路设计中的应用。3.掌握电压比较器电压传输特性的测试方法；2.掌握电压比较器的结构及特点；二．实验仪器、设备1.GPD-3303D直流稳压电压2.SDG5112信号源3.DSO-X2014A数字存储示波器4.THD-1型数字电路实验箱5.TL082集成运放一个6.2DW231双向稳压二极管一个7.电阻、电容、开关二极管等若干①输入电压是模拟信号；三.实验原理1.电压比较器的基本功能—比较电压的大小③使输出电平产生跃变的输入电压值称为门限（阈值）电压。②比较结果由输出端的高、低电平表示；2.比较器的描述方法:电压传输特性uo＝f(ui)传输特性的三个要素：①输出高、低电平（值）③跃变的方向。②门限（阈值）电压；①开环电压放大倍数Aud→∞；1.理想运放的主要性能指标②输入电阻rid→∞；③输出电阻rod→0。2.集成运放的电压传输特性四．集成运算放大器3.集成运算放大器的两个工作区①线性工作区—运放引入深度负反馈•“虚短”：u+=u－•“虚断”：i+=i－≈0②非线性工作区—运放开环或引入正反馈•当u＋u－时，输出正饱和电压，即uo=＋Uom。•当u＋u－时，输出负饱和电压，即uo=－Uom。③比较器是运放的非线性应用，即工作于非线性区。四．集成运算放大器②求门限电压UT令u+＝u―，求出ui即为UT。4.运放非线性时分析步骤：③确定输出电压的跃变方向ui变化时，根据u+与u―大小决定uo的正负。①确定输出高、低电平值由输出端外电路决定输出高、低电平值。五.常见电压比较器•单限比较器；•窗口比较器。•滞回比较器；①过零比较器1.单限比较器—只有一个门限电压。•输出电平：uo＝±Uom•跃变方向：•ui0，uo＝＋Uom•ui0，uo＝－Uom•门限电压：UT＝0②一般单限比较器反相单限比较器•输出电平：uo＝±Uom；•跃变方向：•uiUREF，uo＝＋Uom；•uiUREF，uo＝－Uom；•门限电压：UT＝UREF；2.滞回比较器：具有滞回特性；抗干扰能力强。•输出电平：uo=±Uom•门限电压：2122fTREFOmffRRUUURRRR2222fTOmffREFRRUUURRRR－•设ui＜UT2，则u－＜u+，uo＝+Uom。此时u+＝UT1，增大ui，直至UT1，再增大，uo从+Uom跃变为－Uom。•设ui＞UT1，则u－＞u+，uo＝－Uom。此时u+＝UT2，减小ui，直至UT2，再减小，uo从－Uom跃变为+Uom。•跃变方向2222fTOmffREFRRUUURRRR－2122fTREFOmffRRUUURRRR3.滞回比较器应用—方波发生器R=R1=R2=Rf=RF=10K,C=0.01μF,UZ=±6V。工作原理：假设接通电源时,uC=0,uo=+UZ,则𝑢+=𝑅2𝑅2+𝑅𝑓𝑈𝑍,C充电，uC上升，至𝑅2𝑅2+𝑅𝑓𝑈𝑍时,uo=－UZ,𝑢+=−𝑅2𝑅2+𝑅𝑓𝑈𝑍,C放电，uC下降至−𝑅2𝑅2+𝑅𝑓𝑈𝑍,uo=+UZ,C充电,···。4.窗口比较器—两个门限电平，且URHURL•当uiURH时，uo1=－uo2=Uom，D1导通，D2截止；uo=Uom。•当URLuiURH时，uo1=uo2=－Uom，D1、D2均截止；uo=0。•当uiURL时，uo2=－uo1=Uom，D2导通，D1截止；uo=Uom。①输入ui为200Hz、12VPP三角波信号，置UREF=0；②用示波器观察并绘制输入、输出波形；③用李莎茹图形法测量电压传输特性曲线，CH1接ui；④置UREF=+5V；重复②、③；⑤置UREF=－5V；重复②、③；实验步骤：1.单限比较器R=R1=R2=10K四．实验内容波形图举例：电压传输特性曲线举例：2.窗口比较器R=10KD1、D2为普通整流二极管实验步骤：①VCC=±15V；②门限电压URH=－URL=5V；③输入信号ui=12VPP；④测量并绘制输入、输出波形和电压传输特性曲线。3.滞回比较器实验步骤：①VCC=±15V；②UREF=0，输入信号ui=12VPP；③测量并绘制输入、输出波形和电压传输特性曲线；④UREF=+5V，重复步骤③；⑤UREF=－5V，重复步骤③。R=R1=R2=Rf=10K4.滞回比较器应用—方波发生器R1=R2=10K，Rf=RF=10K，C=0.01μF实验步骤：VCC=±15V；记录如下波形图。tuot00uc5.选做题已知窗口比较器的电压传输特性，设计电路并实现。五．思考题2.已知窗口比较器的电压传输特性，设计电路并分析。1.将实验中一般单限比较器的同相端接信号，反相端接参考电压。画出原理电路图和电压传输特性曲线。TL082引脚图