厦门大学电子技术实验十集成运算放大器构成的电压比较器

1实验报告实验名称：实验十集成运算放大器构成的电压比较器系别：班号：实验组别：实验者姓名：学号：实验日期：实验报告完成日期：指导教师意见：2目录二、实验原理..................................................3三、实验仪器..................................................5四、实验内容及数据......................................51.单限电压比较器.....................................52.施密特电压比较器.................................7五、实验总结................................................93一、实验目的1、掌握电压比较器的模型及工作原理2、掌握电压比较器的应用二、实验原理电压比较器主要用于信号幅度检测——鉴幅器；根据输入信号幅度决定输出信号为高电平或低电平；或波形变换；将缓慢变化的输入信号转换为边沿陡峭的矩形波信号。常用的电压比较器为：单限电压比较器；施密特电压比较器窗口电压比较器；台阶电压比较器。下面以集成运放为例，说明构成各种电压比较器的原理。1.集成运算放大器构成的单限电压比较器：集成运算放大器构成的单限电压比较器电路如图1(a)所示。图1(b)为其电压传输曲线。由于理想集成运放在开环应用时，AV→∞、Ri→∞、Ro→0；则当ViER时，VO=VOH；反之，当ViER时，VO=VOL；由于输出与输入反相，故称之为反相单限电压比较器；通过改变ER值，即可改变转换电平VT（VT≈ER）；当ER=0时，电路称为“过零比较器”。同理，将Vi与ER对调连接，则电路为同相单限电压比较器。图1(c)为反相单限电压比较器的应用——波形变换应用。42.集成运算放大器构成的施密特电压比较器：集成运算放大器构成的施密特电压比较器电路如图2(a)所示。图2(b)为其电压传输特性曲线。当VO=VOH时，TROHTVERRRVRRRVV；3233221称为上触发电平；当VO=VOL时，TROLTVERRRVRRRVV；3233222称为下触发电平；回差电平：TTTVVV当Vi从足够低往上升，若ViVT+时，则Vo由VOH翻转为VOL；当Vi从足够高往下降，若ViVT-时，则Vo由VOL翻转为VOH；由于VT+、VT-不相等，故称为双限电压比较器，而其电压传输特性曲线具有迟滞回线状，又称为迟滞比较器；由于输入足够低时，输出为高；输入足够高时，输出为低；故称为反相施密特电压比较器；通过改变ER值，即可改变上、下触发电平VT+、VT-；同理，将Vi与ER对5调连接，则电路为同乡施密特电压比较器。图2(c)为反相施密特电压比较器的应用——波形变换应用。三、实验仪器1.示波器1台2.函数信号发生器1台3.数字万用表1台4.多功能电路实验箱1台四、实验内容及数据1.单限电压比较器：（1）按图1(a)搭接电路，其中R1=R2=10kΩ，ER由实验箱提供；（2）观察图1(a)电路的电压传输特性曲线；电压传输特性曲线的测量方法：用缓慢变化信号（正弦、三角）作Vi(Vip-p=15V、f=200Hz)，将Vi接示波器X输入，VO接示波器Y输入，令示波器工作在外扫描方式（X-Y），观察电压传输特性曲线。（3）用直流电压表测量参考电压ER值，调节ER，观察特性曲线的转换电平VT随ER的变化情况；当VT=1V，记下ER的值，定量记录电压传输特性曲线；ER增大，VT增大，曲线向右移动。ER减小，VT减小，曲线向左移动。VT=1V时，ER=1.070VVOH=10.0250V，VOL=-12.2500V6（4）当VT=1V，令示波器工作在内扫描方式，同时观察并画出Vi、Vo波形；根据电路工作原理，用示波器测量Vi的转换电平VT值；改变RW，观察ER减小时，Vo正脉宽tu+的变化情况；当ER=0时，观察Vo波形说明为什么当Vi直流成分为0时，Vo为对称波形？输入输出波形图：VOHVTVOL7当ER减小时，正脉冲的宽度逐渐变小。当ER=0时，VT=0，此时VIVT和VIVT的波形是对称的，所以此时VO为对称方波。2.施密特电压比较器：（1）按图2(a)搭接电路，其中R1=R3=10kΩ，R2为10kΩ电位器，ER由实验箱提供；（2）用电压传输特性曲线测量方法观察图2(a)电路的电压传输特性曲线；（3）调节R2电位器，观察ΔVT变化情况；当ΔVT=4V，调节RW，用直流电压表测量ER的值，当ER=1V，定量记录电压传输特性曲线；ΔVT=4V，ER=1V时，电压传输特性曲线如图所示。VT+=3.59625V，VT-=-427.50mVVOH=11.2500VVOL=-10.6250V8（4）调节RW，观察电压传输特性曲线的变化情况，当ER=0V时，测量VT-、VT+的值；RW增大时，VT+和VT-同时增大，曲线向右移动。RW减小时，VT+和VT-同时减小，曲线向左移动。ER=0V时，VT+=2.00750V，VT-=-2.05500V。（5）令示波器工作在内扫描方式(V-t)，同时观察并画出Vi、Vo波形；根据电路工作原理，用示波器测量Vi的转换电平VT-、VT+的值；改变RW,观察ER减小时，Vo的正脉宽tu+的变化情况。输入输出波形图：9Vi、Vo波形如图所示。用示波器测得VT+=2.12500V，VT-=-2.43750V；ER减小时，正脉宽tu+变小。五、实验总结1、通过本次实验掌握了电压比较器的测量方法。2、了解了示波器外扫描、内扫描的区别，掌握观察电路电压传输特性的方法。3、实验中使用示波器观察输入输出波形时要注意表笔是否有衰减。4、运算放大器管脚不要弄错，要一直加着工作电源。5、定量观察波形示波器选择DC耦合方式。