1、姓名班級(jí)學(xué)號(hào) 實(shí)驗(yàn)日期節(jié)次教師簽字成績(jī) 電壓比較器一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電壓比較器的分析及其計(jì)算2、學(xué)習(xí)測(cè)試比較器的方法二.總體設(shè)計(jì)方案或技術(shù)路線電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)”+”輸入端電壓高于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)”+”輸入端電壓低于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平；可工作在線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。工作在線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是虛短，虛斷；工作在非線性工作區(qū)時(shí)特點(diǎn)是跳變，虛斷；由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運(yùn)放常工作在非線性區(qū)。從電

2、路結(jié)構(gòu)上看，運(yùn)放常處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，又是為了使比較器輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換更加快速，以提高響應(yīng)速度，一般在電路中接入正反饋。常用的電壓比較器有簡(jiǎn)單電壓比較器、滯回電壓比較器和窗口電壓比較器。1、過(guò)零比較器過(guò)零比較器是將信號(hào)電壓Ui與參考電壓零進(jìn)行比較。如圖1（a）所示，電路由集成運(yùn)放構(gòu)成。對(duì)于高質(zhì)量的集成運(yùn)放而言，其開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)很大，輸入偏置電流、失調(diào)電壓都很小。若按理想情況（Aod=無(wú)窮大，=0,Uio=0）考慮時(shí)，則集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)工作時(shí)當(dāng) Ui>0時(shí)，Uo為低電平 Ui<0時(shí)，Uo為高電平集成運(yùn)放輸出的高低電平值一般為最大輸出正負(fù)電壓值Uom (a)電路圖 (b)電壓傳輸特性曲線2、滯回

3、電壓比較器滯回電壓比較器是由集成運(yùn)放外加反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正反饋電路，如圖2所示。Ui為信號(hào)電壓，Ur為參考電壓值，輸出端的穩(wěn)壓管使輸出的高低電平值為±Uz。可以看出，此電路形成的反饋為正反饋電路。(a)電路圖 (b)電壓傳輸特性曲線圖2 反向滯回電壓比較器電壓比較器的特性可以用電路的傳輸特性來(lái)描述，它是指輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系曲線，如圖1(b)為過(guò)零比較器的電壓傳輸特性曲線。可以看出，當(dāng)輸入電壓從低逐漸升高或從高逐漸降低經(jīng)過(guò)0電壓時(shí)，Uo會(huì)從一個(gè)電平跳變?yōu)榱硪粋€(gè)電平，稱(chēng)0為過(guò)零比較器的閾值。閾值定義為當(dāng)比較器的輸出電平從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。滯回電壓比較器的電壓

4、傳輸特性曲線如圖2(b)所示。曲線表明，當(dāng)輸入電壓由低向高變化，經(jīng)過(guò)閾值時(shí)，輸出電平由高電平(Uz)跳變?yōu)榈碗娖?-Uz)。當(dāng)輸入電壓由高向低變化，經(jīng)過(guò)閾值時(shí)，輸出電平由低電平(-Uz)跳變?yōu)楦唠娖?Uz)。 3、窗口（雙限）比較器簡(jiǎn)單的比較器僅能鑒別輸入電壓ui比參考電壓UR高或低的情況，窗口比較電路是由兩個(gè)簡(jiǎn)單比較器組成，如圖2.7.3所示，它能指示出ui值是否處于和之間。如Ui，窗口比較器的輸出電壓UO等于運(yùn)放的正飽和輸出電壓(+Uomax)，如果Ui或Ui，則輸出電壓U0等于運(yùn)放的負(fù)飽和輸出電壓(UOmax)。 （a）電路圖 （b）傳輸特性圖3 由兩個(gè)簡(jiǎn)單比較器組成的窗口比較器4. 三

5、態(tài)電壓比較器 （a）電路圖 （b）輸入電壓波形 （c）傳輸特性5、電壓比較器的測(cè)試測(cè)試過(guò)零比較器時(shí)，可以用一個(gè)低頻的正弦信號(hào)輸入至比較器中，直接用雙蹤示波器監(jiān)看輸出和輸入波形，當(dāng)輸入信號(hào)幅度適中時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)輸入電壓大于零、小于零時(shí)，輸出的高、低電平變化波形，即將正弦波變換為方波。滯回電壓比較器測(cè)試時(shí)也可由用同樣的方法，但在示波器上讀取上、下閾值時(shí)，誤差較大。采用直流輸入信號(hào)的方案較好，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)變化，測(cè)出輸出電平跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓值即為閾值。三.實(shí)驗(yàn)電路圖 圖（1）過(guò)零比較器圖（2）反向滯回比較器圖（3）同向滯回比較器圖（4）窗口比較器四. 儀器設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)實(shí)驗(yàn)電路板雙蹤示波器雙路直流穩(wěn)

6、壓電源函數(shù)信號(hào)發(fā)生器數(shù)字萬(wàn)用表A741型芯片五理論分析或仿真分析結(jié)果1.過(guò)零比較器2. 反向滯回比較器（1）連接圖2所示實(shí)驗(yàn)電路，接通直流電源, Ui接可調(diào)直流電壓源，用萬(wàn)用表測(cè)出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)的閾值理論結(jié)果：UTH1 =R2Uz /（R2+R3）=564mV（2）測(cè)出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)的閾值理論結(jié)果：UTH2 =R2Uz /（R2+R3）=564mV3、同向滯回比較器（1）連接圖3所示實(shí)驗(yàn)電路，接通直流電源，測(cè)出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)的閾值理論結(jié)果：UTH1 =R2Uz /R3=600mV（2）測(cè)出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)的閾值理論結(jié)果：UTH2 =R2Uz /R3=620

7、mV4.窗口比較器（1）連接圖4實(shí)驗(yàn)電路，檢查無(wú)誤后，接通VCC接+5V直流電源（2）測(cè)出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)的兩個(gè)閾值UL和UH理論結(jié)果UL=0.9V UH=2.3V仿真結(jié)果UL=946.07 mV UH=2.259V六.詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)記錄（包括各儀器、儀表量程及內(nèi)阻的記錄）1、過(guò)零比較器（1）連接圖1實(shí)驗(yàn)電路，檢查無(wú)誤后，接通直流電源（2）當(dāng)Ui懸空時(shí)，測(cè)量Uo的值 Uo=-6.79V（3）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使輸出頻率為500Hz，有效值為5V的正弦波信號(hào)，并輸入至Ui端，用示波器觀察比較器的輸入U(xiǎn)i與輸出Uo波形（4） 將信號(hào)發(fā)生器的輸出方式改為XY方式，得到電壓傳輸曲線2、反

8、向滯回比較器（1）連接圖2所示實(shí)驗(yàn)電路，接通直流電源, Ui接可調(diào)直流電壓源，用萬(wàn)用表測(cè)出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)的閾值實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真結(jié)果理論結(jié)果閾值UTH1623.4mV619.004mV564mV與理論值的誤差10.5%9.7%0（2） 測(cè)出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)的閾值實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真結(jié)果理論結(jié)果閾值UTH2-625.8mV652.034mV564mV與理論值的誤差11.0%15.6%0（3） 將信號(hào)發(fā)生器接入U(xiǎn)i，并使之輸出頻率為1.0KHz，電壓有效值為6V的正弦波信號(hào)，用示波器觀察比較器的輸入U(xiǎn)i與輸出Uo波形（4） 將信號(hào)發(fā)生器的輸出方式改為XY方式，得到電壓傳輸曲線3、同向滯回比較器

9、（1）連接圖3所示實(shí)驗(yàn)電路，接通直流電源，測(cè)出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)的閾值實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真結(jié)果理論結(jié)果閾值UTH1-683.5mV672.950mV600mV與理論值的誤差13.9%12.1%0（2）測(cè)出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)的閾值理論結(jié)果：UTH2 =R2Uz /R3=620mV將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果的對(duì)比如下表所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真結(jié)果理論結(jié)果閾值UTH2715.3mV705.602mV600mV與理論值的誤差19.2%17.6%0（3） 將信號(hào)發(fā)生器接入U(xiǎn)i，并使之輸出頻率為500Hz，電壓有效值為6V的正弦波信號(hào)，用示波器觀察比較器的輸入U(xiǎn)i與輸出Uo波形如下（4） 將信號(hào)發(fā)生器的輸出方式改為

10、XY方式，得到電壓傳輸曲線如下圖所示4.窗口比較器（1）連接圖4實(shí)驗(yàn)電路，檢查無(wú)誤后，接通VCC接+5V直流電源（2）測(cè)出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)的兩個(gè)閾值UL和UH理論結(jié)果UL=0.9VUH=2.3V仿真結(jié)果UL=946.074 mVUH=2.259V實(shí)驗(yàn)結(jié)果UL=895mVUH=2.213V7.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了過(guò)零比較器，反向滯回比較器，同向滯回比較器的閾值電壓和傳輸特性曲線，并測(cè)得了窗口比較器的兩個(gè)閾值電壓。并與理論值進(jìn)行了誤差分析。得到了各種濾波器的波形情況，與書(shū)上的理論圖形相比較，得到了自己的結(jié)果與書(shū)上結(jié)果的對(duì)比，從而得到了正確的結(jié)論8. 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決對(duì)策在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段，電壓源輸出電壓無(wú)法顯示，本人通過(guò)電壓表將電壓源兩端電壓測(cè)出來(lái)，進(jìn)而直接調(diào)出正負(fù)12V電壓，保證了電路的正常工作。后來(lái)，在測(cè)電壓比較器的波形的時(shí)候，示波器發(fā)生故障，在未接電壓的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，后通過(guò)調(diào)節(jié)示波器靈敏度慢慢調(diào)好。在試驗(yàn)一開(kāi)始，所用電壓較小是輸出的不是方波，而是矩形波，后來(lái)調(diào)高電壓才得到方波。9. 本次實(shí)驗(yàn)的收獲和體會(huì)、對(duì)電路實(shí)驗(yàn)室的意見(jiàn)或建議收獲與體會(huì)：加深理解了電壓比較器的特點(diǎn)和電路的輸出規(guī)律，對(duì)于滯回比較器的優(yōu)點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)于窗