东南大学模电实验报告-比较器

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：模拟电路实验第6次实验实验名称：比较器电路院（系）：专业：姓名：学号：实验室:实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：实验六比较器电路一、实验目的1、熟悉常用的单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器的基本工作原理、电路特性和主要使用场合；2、掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数的计算方法，研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响；3、了解集成电压比较器LM311的使用方法，及其与由运放构成的比较器的差别；4、进一步熟悉传输特性曲线的测量方法和技巧。二、实验原理三、预习思考1、用运算放大器LM741设计一个单门限比较器，将正弦波变换成方波，运放采用双电源供电，电源电压为±12V，要求方波前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的1/10，请根据LM741数据手册提供的参数，计算输入正弦波的最高频率可为多少。答：查询LM74的数据手册，可得转换速率为0.5V/us,电源电压为10V左右，计算可得输出方波的最大上升时间为40us,根据设计要求，方波前后沿的上升下降时间不大于半个周期的1/10,计算可得信号的最大周期为800us,即输入正弦波得到最高频率为1.25KHZ.2、画出迟滞比较器的输入输出波形示意图，并在图上解释怎样才能在示波器上正确读出上限阈值电平和下限阈值电平。答：Ch1接输入信号，ch2接输出信号，两通道接地，分别调整将两个通道的零基准线，使其重合。用示波器的游标功能，通道选择ch1,功能选择电压，测出交点位置处电压即对应上限和下限阈值。3、查阅LM311的数据手册，列表记录其主要参数，并做简单解释。参数条件最小值典型值最大值输入失调电压(mv)25,50ASTCRK2.07.5输入失调电流(nA)25ATC6.050输入偏置电流(nA)25ATC100250电压增益(V/mV)25ATC40200响应时间(ns)25ATC200饱和电压(V)10,50INOUTVmVImA0.751.5选通开关电流(mA)25ATC1.53.0输出漏电流(nA)10,35,25,35INOUTASTROBEGRNDVmVVVTCImAVVV0.250输入电压范围(V)-14.513.8-14.715.04、完成必做实验和选做实验的电路设计和理论计算。答：1）LM741构成单门限电压比较器：2）LM311构成单门限电压比较器：3）迟滞电压比较器：四、实验内容1、单门限电压比较器：(I)用LM741构成一个单门限电压比较器，基准电平为0V，要求输出高低电平为±6V，供电电压为±12V，输入频率为１KHZ的正弦波，用示波器观察输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录（提示：可以使用稳压管）。1）基准电平0V时单门限比较器输入、输出信号波形图(f=1khz)2）限电压比较器实验数据列表（频率1khz）输入信号输出信号幅度频率基准电压周期峰峰值上升时间下降时间高电平低电平幅度宽度幅度宽度20v1khz0v1ms14.8v18μs18μs7.8v53.9μs7.046.4μs3）结果分析：实验时得到的电压传输特性有一个小的滞回，体现在输入输出波形上就是有上升时间和下降时间，是因为741内部并非理想电路，其受转换速率的影响。输出信号的幅度并非准确的6V，这是因为稳压管有一定的正向导通压降，实际的稳压值应为6+0.7~6.7V(II)输入信号改为100HZ的正弦波，用示波器的X-Y显示方式测试比较器的传输特性，改变基准电压为±1V，观察传输特性曲线的变化，并用坐标纸定量记录显示的曲线。基准电压0基准电压1基准电压-1(III)将输入信号改为５KHZ的正弦波，重复(I)的内容，将测得结果与(I)进行分析比较。1）基准电平0V时单门限比较器输入、输出信号波形图(f=5khz)2）基准电平0V时单门限比较器传输特性曲线(f=5khz)3）电压比较器实验数据列表（频率5khz)输入信号输出信号幅度频率基准电压周期峰峰值上升时间下降时间高电平低电平幅度宽度幅度宽度20v5khz00.2ms14.8v15.5us15.5us7.8v113us-7v87us4结果分析：随着频率越来越高，回差变大，传输特性曲线开始倾斜，是受转换速率的影响。(IV)将LM741改为LM311，重复（III），将测得结果与（III）进行分析比较。1）基准电平0V时LM311单门限比较器输入、输出信号波形图2）基准电平0V时LM311单门限比较器传输特性曲线3）限电压比较器实验数据列表、输入信号输出信号幅度频率基准电压周期峰峰值上升时间下降时间高电平低电平幅度宽度幅度宽度20V5KHZ0V200us14.4v1.735us0.375us7.40v108.3us-7.0v99.20us4结果分析：LM311是专用的电压比较器，其内部有一定的补偿电路，可消除回差的影响，同时提高转换速率，体现在上升时间和下降时间比741大大减小。2、迟滞比较器：(I)用LM741设计一个迟滞电压比较器，当输入电压高于7V时输出为-6V，输入电压低于3V时输出为6V，运放供电电压为±12V。1）设计原理图2）设计过程(II)分别输入1KHZ和10KHZ的正弦波，用示波器观测输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录显示的信号波形，比较并分析它们的结果。3）输入信号输出信号计算值幅度Vvpp频率khz周期ms峰峰值阈值电平高电平低电平回差电压中心电压上限v下限v幅度v宽度μs幅度v宽度μs201114.87.52.27.8668-7.003335.34.8520100.114.89.8-0.17.869.3-6.830.49.94.85（4）输入、输出信号波形图（f=1KHZ）5）输入、输出信号波形图（f=10KHZ）(III)输入信号改为100HZ的正弦波，用示波器的X-Y显示方式测试比较器的传输特性，并用坐标纸定量记录显示的曲线。6）迟滞比较器传输特性曲线图7）实验结果分析：简单的门限比较器在两个输入端之间的电压超过门限电压时，输出状态将发生改变，由于实际输入时电压不稳定，选择迟滞比较器，选择合适的回差电压，可以减少干扰，提高电路的稳定性。五、思考题1.试推导具有滞回特性的的同相输入电平检测器的VUT、VLT、VCTR和VH的公式。答：上限阈值电压OMRUTVVVnm下限阈值电压OMRLTVVVnm回差电压2OMHUTLTVVVVn中心电压2UTLTRctrVVVVm2.在本次实验电路中，驱动晶体三极管Q的基极电阻Rb阻值应如何确定?图中继电器线圈旁并联的二极管D2起什么作用?答：bR的阻值由驱动三极管的驱动电流及第一级运放741的输出电压来确定。图中继电器线圈旁并联的二极管D2起到了对继电器保护的作用