Lab4 電壓比較器實(shí)驗(yàn)丁俐夫

1、專業(yè)： 自動(dòng)化 姓名： 丁俐夫 學(xué)號(hào)：_ 3140104040 日期：_ 2016.03.16 地點(diǎn)： 紫金港東3-406 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師：_ _張偉_ _成績：_實(shí)驗(yàn)名稱： 電壓比較器及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)類型：_ EDA _同組學(xué)生姓名：_一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠖?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理三、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析裝 訂 線 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電壓比較器與運(yùn)算放大器的性能區(qū)別；2掌握電壓比較器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；3掌握電壓比較器電壓傳輸特性的測試方法；4學(xué)習(xí)比較器在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1) 過零電壓比較器自行設(shè)計(jì)過零電壓比較器電路

2、，反相輸入端接地，同相輸入端接1kHz、1V正弦波信號(hào)，測量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。(2) 滯回電壓比較器自行設(shè)計(jì)反相輸入（下行）滯回電壓比較器，反相輸入端接1kHz、1V正弦波信號(hào)，測量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。(3) 窗口電壓比較器自行設(shè)計(jì)窗口電壓比較器電路，輸入為1kHz、5V三角波信號(hào)，設(shè)置參考電壓Vref1為1V直流電壓，參考電壓Vref2為4V直流電壓，測量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)原理1.比較器電壓比較器（簡稱為比較器）是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅和比較的集成器件，它可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二值信號(hào)，即只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號(hào)。可用作模擬電路和數(shù)字

3、電路的接口，也可用作波形產(chǎn)生和變換電路等。比較器看起來像是開路結(jié)構(gòu)中的運(yùn)算放大器，但比較器和運(yùn)算放大器在電氣性能參數(shù)方面有許多不同之處。運(yùn)算放大器在不加負(fù)反饋時(shí)，從原理上講可以用作比較器，但比較器的響應(yīng)速度比運(yùn)算放大器快，傳輸延遲時(shí)間比運(yùn)算放大器小，而且不需外加限幅電路就可直接驅(qū)動(dòng)TTL、CMOS等數(shù)字集成電路。但在要求不高情況下也可以考慮將某些運(yùn)算放大器（例如：LM324、LM358、A741、TL081、OP07、OP27等）當(dāng)作比較器使用。常見的比較器電路有過零比較器、門限比較器、滯回比較器、窗口比較器和三態(tài)比較器等。比較器的輸出級(jí)主要有開路輸出和推挽式輸出兩種輸出電路結(jié)構(gòu)。 集電極開路

4、 集電極/發(fā)射極開路 漏極開路 (1) 集電極開路輸出：集電極開路輸出比較器的電路結(jié)構(gòu)如圖8-9-2所示。TI公司的集電極開路輸出比較器產(chǎn)品有LM339、LM393、LMV331等。集電極開路的比較器在使用時(shí)，需要外接上拉電阻R_PLL，上拉電阻與邏輯電源Vs+相連，邏輯電源的電壓值，決定了比較器的可輸出電壓值。采用集電極開路輸出的比較器可與各種邏輯器件系列連接，并可實(shí)現(xiàn)線與邏輯。(2) 集電極/發(fā)射極開路輸出：集電極/發(fā)射極開路輸出比較器的電路結(jié)構(gòu)如圖8-9-3所示。TI公司的集電極/發(fā)射極開路輸出比較器產(chǎn)品有：LM311、LP311等。集電極/發(fā)射極開路輸出的比較器均需要外接上拉或下拉電阻

5、R_PLL，采用上拉電阻與邏輯電源Vs+相連或采用下拉電阻與邏輯電源Vs-相連，邏輯電源的電壓值，決定了比較器的可輸出電壓值。采用集電極開路輸出的比較器可與各種邏輯器件系列連接，并可實(shí)現(xiàn)線與邏輯。(3) 漏極開路輸出：漏極開路輸出比較器的電路結(jié)構(gòu)如圖8-9-4所示。TI公司的漏極開路輸出比較器產(chǎn)品有：TLC393、TLV3401、TLV2302、TLV3011等。漏極開路輸出的比較器均需要外接上拉電阻R_PLL，采用上拉電阻與邏輯電源Vs+相連，邏輯電源的電壓值，決定了比較器的可輸出電壓值。采用集電極開路輸出的比較器可與各種邏輯器件系列連接，并可實(shí)現(xiàn)線與邏輯。推挽式(4) 推挽式輸出：推挽輸出

6、的比較器電路結(jié)構(gòu)如圖8-9-5所示。推挽輸出不需要外接上拉電阻器，其輸出邏輯電平取決于比較器的電源電壓。TI公司的推挽式輸出比較器產(chǎn)品有：TL714、TLV3501、TLV3401、TLV2702、TLV3012等。2.基本比較器電路比較器的基本電路類型有：過零電壓比較器、單門限比較器、正基準(zhǔn)電壓的單電源比較器，電流加法比較器，滯回電壓比較器等。(1) 過零電壓比較器電路過零電壓比較器是電壓比較電路的基本結(jié)構(gòu)，它可將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的雙極性矩形波。常用于測量正弦波的頻率相位等。(2) 遲滯比較器遲滯比較器又稱為滯回比較器或施密特觸發(fā)器，遲滯比較器可理解為加正反饋的單限比較器。四、操作方法和

7、實(shí)驗(yàn)步驟1. 過零電壓比較器自行設(shè)計(jì)過零電壓比較器電路，反相輸入端接地，同相輸入端接1kHz、1V正弦波信號(hào)，測量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。設(shè)計(jì)下圖電路(1) OrCAD仿真掃描設(shè)置與結(jié)果如下為了測量上升時(shí)間，對(duì)圖像局部放大上升時(shí)間為0.66us(2)搭建電路信號(hào)源設(shè)置如下觀察輸出波形如下用Measure測量該信號(hào)的上升時(shí)間為2.4us2. 滯回電壓比較器自行設(shè)計(jì)反相輸入（下行）滯回電壓比較器，反相輸入端接1kHz、1V正弦波信號(hào)，測量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。掃描設(shè)置與結(jié)果如下調(diào)節(jié)分壓后可以改變遲滯時(shí)間，結(jié)果如下 (2)搭建電路觀察輸出波形如下傳輸特性曲線為同相端口不再零點(diǎn)發(fā)

8、生跳變，而是在輸入電壓設(shè)定的正值變化，下降后又隨著設(shè)定的幅值變化，滯回輸出電平的變化也和正向端一致。通過調(diào)節(jié)分壓可以調(diào)節(jié)滯回程度。3. 窗口電壓比較器自行設(shè)計(jì)窗口電壓比較器電路，輸入為1kHz、5V三角波信號(hào)，設(shè)置參考電壓Vref1為1V直流電壓，參考電壓Vref2為4V直流電壓，測量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。結(jié)果如下 (2)搭建電路接線圖如下圖所示觀察輸出波形如下傳輸特性曲線為五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析比較器的一大優(yōu)點(diǎn)是不需要調(diào)零，因?yàn)檩敵鲭妷喝Q于凈輸入電壓UpUn。兩個(gè)輸入端電阻也不要求對(duì)稱，因?yàn)殡妷罕容^器工作在非線性區(qū)，輸出的只有高電平或低電平兩個(gè)電壓， 不像比例運(yùn)算電路等，為了提高運(yùn)算精度而要輸入端的電阻對(duì)稱。而且電壓比較器 可能還會(huì)引入正反饋。估計(jì)輸出電平高低的方法是看輸出電壓是高電平還是低電平，如果是高電平，則UpUn；低電平，則Up0時(shí)，Uo=Uom。而同相過零比較器則剛好相反。反相滯回比較器有兩個(gè)閾值電壓由小變大通過輸出電壓變?yōu)榈碗娖?，而由由大變小通過UT1 時(shí)，輸出電壓變?yōu)楦唠娖健Ｍ鄿乇容^器也有兩個(gè)閾值電壓，而特性剛好與反