實(shí)驗(yàn)六 比較器電路

1、 東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 電子線路實(shí)驗(yàn) 第 6 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 比較器電路 院 （系）： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 驗(yàn) 室: 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 10 年 5 月13日 評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 實(shí)驗(yàn)六 比較器電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 熟悉常用的單門限比較器、遲滯比較器、窗口比較器的基本工作原理、電路特性和主要使用場(chǎng)合；2、 掌握利用運(yùn)算放大器構(gòu)成單門限比較器、遲滯比較器和窗口比較器電路各元件參數(shù)的計(jì)算方法，研究參考電壓和正反饋對(duì)電壓比較器的傳輸特性的影響；3、 了解集成電壓比較器LM311的使用方法，及其與由運(yùn)放構(gòu)成的比較器的差別；4、 進(jìn)一步熟

2、悉傳輸特性曲線的測(cè)量方法和技巧。二、實(shí)驗(yàn)原理三、預(yù)習(xí)思考1、 用運(yùn)算放大器LM741設(shè)計(jì)一個(gè)單門限比較器，將正弦波變換成方波，運(yùn)放采用雙電源供電，電源電壓為±12V，要求方波前后沿的上升、下降時(shí)間不大于半個(gè)周期的1/10，請(qǐng)根據(jù)LM741數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的參數(shù)，計(jì)算輸入正弦波的最高頻率可為多少。答：查詢LM74的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可得轉(zhuǎn)換速率為0.5V/us,電源電壓為左右，計(jì)算可得輸出方波的最大上升時(shí)間為40us,根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 方波前后沿的上升下降時(shí)間不大于半個(gè)周期的1/10,計(jì)算可得信號(hào)的最大周期為800us,即輸入正弦波得到最高頻率為1.25KHZ.2、 畫出遲滯比較器的輸入輸出波形示意

3、圖，并在圖上解釋怎樣才能在示波器上正確讀出上限閾值電平和下限閾值電平。答：Ch1接輸入信號(hào)，ch2接輸出信號(hào)，兩通道接地，分別調(diào)整將兩個(gè)通道的零基準(zhǔn)線，使其重合。用示波器的游標(biāo)功能，通道選擇ch1,功能選擇電壓，測(cè)出交點(diǎn)位置處電壓即對(duì)應(yīng)上限和下限閾值。3、 查閱LM311的數(shù)據(jù)手冊(cè)，列表記錄其主要參數(shù)，并做簡(jiǎn)單解釋。參數(shù)條件最小值典型值最大值備注輸入失調(diào)電壓(mv)2.07.5輸入失調(diào)電流(nA)6.050輸入偏置電流(nA)100250電壓增益(V/mV)40200響應(yīng)時(shí)間(ns)200飽和電壓(V)0.751.5選通開關(guān)電流(mA)1.53.0輸出漏電流(nA)0.250輸入電壓范圍(V)

4、-14.513.8-14.715.0具體見上次試驗(yàn)4、 完成必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)的電路設(shè)計(jì)和理論計(jì)算。答：1）LM741構(gòu)成單門限電壓比較器：2）LM311構(gòu)成單門限電壓比較器：實(shí)際端只需接地即可，引腳和741有所區(qū)別。3）遲滯電壓比較器：電路見實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 單門限電壓比較器：用LM741構(gòu)成一個(gè)單門限電壓比較器，基準(zhǔn)電平為0V，要求輸出高低電平為±6V，供電電壓為±12V，輸入頻率為KHZ的正弦波，用示波器觀察輸入、輸出信號(hào)波形，并用坐標(biāo)紙定量記錄（提示：可以使用穩(wěn)壓管）。1）基準(zhǔn)電平0V時(shí)單門限比較器輸入、輸出信號(hào)波形圖(f= 1KHZ )2）限電壓比較器

5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表（頻率1KHZ ）輸入信號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率基準(zhǔn)電壓周期峰峰值上升時(shí)間下降時(shí)間高電平低電平幅度寬度幅度寬度2.08V1KHZ0V1ms14.6V21.33us18.80u7.20V507.4us7.40V493.3us3）結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的電壓傳輸特性有一個(gè)小的滯回，體現(xiàn)在輸入輸出波形上就是有上升時(shí)間和下降時(shí)間，是因?yàn)?41內(nèi)部并非理想電路，其受轉(zhuǎn)換速率的影響。輸出信號(hào)的幅度并非準(zhǔn)確的，這是因?yàn)榉€(wěn)壓管有一定的正向?qū)▔航担瑢?shí)際的穩(wěn)壓值應(yīng)為6+0.76.7V(I) 輸入信號(hào)改為100HZ的正弦波，用示波器的X-Y顯示方式測(cè)試比較器的傳輸特性，改變基準(zhǔn)電壓為±1V，觀察傳輸

6、特性曲線的變化，并用坐標(biāo)紙定量記錄顯示的曲線（三條曲線要畫在同一坐標(biāo)平面內(nèi)）。注：開始輸入電壓幅度為2V,但測(cè)傳輸特性曲線時(shí),當(dāng)改變基準(zhǔn)電壓為±1V，反轉(zhuǎn)區(qū)會(huì)消失，是因?yàn)樗‰妷簠^(qū)間過小，故增大輸入電壓幅度使其為5V.畫于同一坐標(biāo)平面內(nèi)如下：同圖中可看出，每條傳輸特性曲線都有一個(gè)回差電壓。(II) 將輸入信號(hào)改為KHZ的正弦波，重復(fù)(I)的內(nèi)容，將測(cè)得結(jié)果與(I)進(jìn)行分析比較。1）基準(zhǔn)電平0V時(shí)單門限比較器輸入、輸出信號(hào)波形圖(f= 5khz )2）基準(zhǔn)電平0V時(shí)單門限比較器傳輸特性曲線(f= 5khz )注：在做LM311時(shí)燒壞了穩(wěn)壓管中的一只，后來該做這個(gè)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)，故傳輸特性曲

7、線上部分不對(duì)。3）電壓比較器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表（頻率 5khz )輸入信號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率基準(zhǔn)電壓周期峰峰值上升時(shí)間下降時(shí)間高電平低電平幅度寬度幅度寬度5.28V5KHZ0V200us14.6v12.60us12.40us7.2v154.2us7.4v45.4u4結(jié)果分析：隨著頻率越來越高，回差變大，傳輸特性曲線開始傾斜，是受轉(zhuǎn)換速率的影響。(III) 將LM741改為L(zhǎng)M311，重復(fù)（III），將測(cè)得結(jié)果與（III）進(jìn)行分析比較。1）基準(zhǔn)電平0V時(shí)LM311單門限比較器輸入、輸出信號(hào)波形圖(f= 5khz )2）基準(zhǔn)電平0V時(shí)LM311單門限比較器傳輸特性曲線(f= 5khz )3限電壓比較器實(shí)驗(yàn)

8、數(shù)據(jù)列表（頻率 5khz )輸入信號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率基準(zhǔn)電壓周期峰峰值上升時(shí)間下降時(shí)間高電平低電平幅度寬度幅度寬度5.28V5kHZ0V200us28.6V4.850us327.6ns13.0v98.95u15.6v101.1u4結(jié)果分析：LM311是專用的電壓比較器，其內(nèi)部有一定的補(bǔ)償電路，可消除回差的影響，同時(shí)提高轉(zhuǎn)換速率，體現(xiàn)在上升時(shí)間和下降時(shí)間比741大大減小。2、 遲滯比較器：(I) 用LM741設(shè)計(jì)一個(gè)遲滯電壓比較器，當(dāng)輸入電壓高于7V時(shí)輸出為-6V，輸入電壓低于3V時(shí)輸出為6V，運(yùn)放供電電壓為±12V。1） 設(shè)計(jì)原理圖2） 設(shè)計(jì)過程電路選擇反相遲滯比較電路已知：理論上,

9、但由前面實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一知輸出高低電平為時(shí)，實(shí)際穩(wěn)壓在左右，所以應(yīng)取，實(shí)際在調(diào)時(shí)，其實(shí)不用調(diào)VR兩端電壓，因?yàn)殡娐钒l(fā)生變化，算的的值所對(duì)應(yīng)的不一定是翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，而可以調(diào)節(jié)兩電位器觀察傳輸特性上兩個(gè)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，調(diào)節(jié)到所要求的3V,7V即可。(II) 分別輸入1KHZ和10KHZ的正弦波，用示波器觀測(cè)輸入、輸出信號(hào)波形，并用坐標(biāo)紙定量記錄顯示的信號(hào)波形，比較并分析它們的結(jié)果。3）輸入信號(hào)輸出信號(hào)計(jì)算值幅度頻率周期峰峰值閾值電平高電平低電平回差電壓中心電壓上限下限幅度寬度幅度寬度20.61K1ms15.07.44.87.4660.3u-7.6340.2u2.66.121.010K100us11.6注：實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)，

10、發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入信號(hào)頻率時(shí)，輸出波形還近似是方波，繼續(xù)增大信號(hào)頻率，發(fā)現(xiàn)輸出波形出現(xiàn)失真，傳輸特性曲線也由兩近乎平行的線而逐漸接近相交，故此時(shí)測(cè)量輸出信號(hào)的值無(wú)意義。4）輸入、輸出信號(hào)波形圖（f=1KHZ） 5）輸入、輸出信號(hào)波形圖（f=10KHZ） (III) 輸入信號(hào)改為100HZ的正弦波，用示波器的X-Y顯示方式測(cè)試比較器的傳輸特性，并用坐標(biāo)紙定量記錄顯示的曲線。 6）遲滯比較器傳輸特性曲線圖注：翻轉(zhuǎn)電壓忘記調(diào)節(jié)到3V,7V7）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：簡(jiǎn)單的門限比較器在兩個(gè)輸入端之間的電壓超過門限電壓時(shí)，輸出狀態(tài)將發(fā)生改變，由于實(shí)際輸入時(shí)電壓不穩(wěn)定，選擇遲滯比較器，選擇合適的回差電壓，可以減少干擾，提高電路的穩(wěn)定性。五、思考題1. 試推導(dǎo)具有滯回特性的的同相輸入電平檢測(cè)器的VU