实验十二电压比较器

实验十二电压比较器一、实验目的1.掌握比较器的电路构成及特点。2.学会测试比较器的方法。二、实验器材1.双踪示波器2.函数信号发生器3.交流毫伏表4.数字万用表5.电子线路实验学习机（带A3模块）三、预习要求1.复习教材中有关电压比较器的内容。2.过零比较器中，如果要改变输出电压的幅度，应该电路中哪个元件的参数？四、实验原理电压比较器可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号，可以完成对输入信号的鉴幅与比较，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。在电压比较器电路中，集成运放工作在非线性区，即输出电压和输入电压不再是线性关系。表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线。常见的比较器有过零比较器、滞回比较器，窗口比较器等。1．过零比较器（如图3-12-1）－＋1R10K2R5K16Viuou0iuouttiuou00(a)电路图(b)传输特性(c)输出波形图3-12-1过零比较器其阈值电压UT＝0V。集成运放工作在开环状态，其输出电压为zU。当输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出信号的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，抗干扰能力差。2．反相滞回比较器－＋1R10K3R5K16V2R10KFR680KiuouP0iuouTHUTLUttiuou00THUTLU(a)电路图(b)传输特性(c)输出波形图3-12-2反相滞回比较器如图3-12-2所示，从输出端通过电阻FR连到同相输入端P，以实现正反馈，若ou改变状态，P点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当iPuU时，ou输出为正zU，22PzTFRUUURR，则当iTuU后，ou即由正zU变成负zU，这时将TU称为门限电压或转折电压；ou变成负zU后，22PzTFRUUURR。故只有当iu下降到TU以下，才能使ou再度回升到zU。上下门限电压TU和TU之差称为门限宽度（或称为回差）。图3-12-2中222zTTFRUUURR，改变2R的数值可以改变回差的大小。3．同相滞回比较器－＋3R5K16VFR680K1R10KiuouP0iuouTHUTLUttiuou00THUTLU(a)电路图(b)传输特性(c)输出波形图3-12-3同相滞回比较器当0PU时，比较器输出为高电平zU，运放同相输入端电位111FPizFFRRUuURRRR，当减小到使0PU时，输出就从高电平zU跳变为低电平zU。当输出为低电平zU时，运放同相输入端电位111FPizFFRRUuURRRR,当iu增大到使0PU时，输出就又从低电平跳变为高电平。4.窗口（双限）比较器窗口比较器是由两个简单比较器组成，它能指示出Iu值是否处于RU和RU之间，如RIRUUU，窗口比较器的输出电压oU等于运放的正饱和输出电压，如果RIUU或RIUU，则输出电压oU等于运放的负饱和输出电压。-＋-＋RUIuRUou10kCCVRURUouIumaxoumaxou0(a)电路图(b)传输特性-＋-＋THUiuTLUou1R2R0iuouTLUTHU(a)电路图(b)传输特性图3-12-4窗口比较器五、内容与步骤1．过零比较器（1）按图3-12-1连线。（2）在输入信号加入峰峰值为2V，频率为500Hz的正弦波信号，用示波器观察输入输出U0的波形并记录到表3-12-1中。表3-12-1波形频率f幅度Up-pUi、Uo处波形正弦波500Hz2V（3）在输入信号加入峰峰值为2V，频率为1kHz的三角波信号，用示波器观察输入输出U0的波形并记录到表3-12-2中。表3-12-2波形频率f幅度Up-pUi、Uo处波形三角波1kHz2V2．反相滞回比较器（1）按图3-12-2连线。（2）将Rf调为100k，Ui接直流电压源，分别测出输出信号UO由＋Uom→－Uom和由-Uom→+Uom时Ui的临界值，数据记入表3-12-3。表3-12-3＋Uom/V－Uom/V＋Uom→－Uom时Ui的临界值－Uom→＋Uom时Ui的临界值UO6.0-6.0Ui＜-0.55＞0.550.55-0.55（3）在Ui处接上500Hz，峰峰值为2V的正弦信号，用示波器观察并记录输入输出波形。*（4）将电路中的Rf调为200k，重复上述步骤（1）（2）（3）。3.同相滞回比较器（1）按图3-12-3连线，（2）将Rf调为100k，Ui接直流电压源，分别测出UO由＋Uom→－Uom和由-Uom→+Uom时Ui的临界值。数据记入表3-12-4表3-12-4＋Uom/V－Uom/V＋Uom→－Uom时Ui的临界值－Uom→＋Uom时Ui的临界值UO/V5.538-5.540Ui/V＞0.725＜-0.725-0.7210.710（3）在Ui处接上500Hz，峰峰值为2V的正弦信号，观察并记录输入输出波形。*（4）将电路中的Rf调为200k，重复上述步骤（1）（2）（3）。1．窗口比较器（选做）自拟实验步骤和方法测定其传输特性。用示波器测传输特性曲线。六、注意事项1.电阻R3起到限流作用，防止稳压二极管损坏。2.调输入电压幅度的时候，应缓慢增大。3.输出电压V/div=5v七、实验报告1.整理实验数据，画出各电路的幅频特性曲线图，分析与理论值之间的差异并说明原因。2.总结几种比较器的特点。3.完成思考题。八、思考题1.比较器是否要调零，为什么？2.在过零比较器的实验中，若信号从同相端输入，反相端接地，实验结果有何变化？