電壓比較器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 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：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)名稱：電壓比較器及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)類型：電子電路實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)容三、主要儀器設(shè)備四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、處理與分析五、思考題及實(shí)驗(yàn)心得一、 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(cè)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)容及原理實(shí)驗(yàn)容1設(shè)計(jì)過(guò)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(cè)量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。2設(shè)計(jì)單門限電壓比較器電路，同相輸入端接1V直流電壓，反相輸入端接1kHz、1V正弦波信號(hào)，測(cè)量3并繪

2、制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。4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(cè)量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。5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(cè)量并繪制輸出波形和電壓傳輸特性曲線。6設(shè)計(jì)三態(tài)電壓比較器電路，輸入電壓信號(hào)Vin為1kHz、5V三角波信號(hào)，當(dāng)輸入Vin<Vref2時(shí)，輸出Vout=VOL；Vin<Vref1時(shí)，輸出Vout=VOH。實(shí)驗(yàn)原理電壓比較器（簡(jiǎn)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

3、電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號(hào)?？捎米髂M電路和數(shù)字電路的接口，也可用作波形產(chǎn)生和變換電路等。比較器看起來(lái)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(jiàn)的比較器電路有過(guò)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。常用的電壓比較器有

4、： LM339、LM393、LM311等。比較器看起來(lái)像是運(yùn)算放大器的開環(huán)應(yīng)用，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，但比較器和運(yùn)算放大器之間有許多明顯的不同之處。因此只有在特殊的情況下，可將運(yùn)算放大器當(dāng)作比較器使用。運(yùn)算放大器是一種為在負(fù)反饋條件下工作所設(shè)計(jì)的電子器件，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是保證在負(fù)反饋條件下的穩(wěn)定性，壓擺率和最大帶寬等。通常運(yùn)算放大器的開環(huán)增益非常高，在開環(huán)情況下只能處理輸入差分電壓非常小的信號(hào)。運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間與比較器相比會(huì)慢得多。比較器的輸入為兩路模擬信號(hào)，輸出為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定。有時(shí)也將比較器稱為1位A/D轉(zhuǎn)換器。與

5、運(yùn)算放大器一樣，比較器輸入級(jí)也具有諸多特性，如失調(diào)電壓、偏置電流以及共模電壓圍。只有當(dāng)其影響到開關(guān)點(diǎn)時(shí)，這些參數(shù)的值才會(huì)引起我們的關(guān)注。A.集電極開路輸出：集電極開路輸出比較器使用時(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。B.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使用時(shí)需要外接上拉或下拉電阻R_PLL。C.漏極開路輸出：漏極開路輸出比較器使用時(shí)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

6、。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。D.推挽式輸出：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。三、 主要儀器設(shè)備集成運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)板、通用運(yùn)算放大器LM339、LM393、LM311、電阻電容等元器件、MS8200G型數(shù)字多用表；XJ4318型雙蹤示波器；XJ1631數(shù)字函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；DF2172B型交流電壓表；HY3003D-3型可調(diào)式直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、處理與分析 【過(guò)零電壓比較器電路】過(guò)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(cè)量正弦波的頻率相位等。當(dāng)輸入電壓Vi

7、nVout時(shí)，輸出Vout=VOL；反之，當(dāng)輸入電壓VinVout時(shí)，輸出Vout=VOH。實(shí)驗(yàn)仿真：實(shí)驗(yàn)記錄： 【基本單門限比較器電路】單門限比較器的輸入信號(hào)Vin 接比較器的同相輸入端，反相輸入端接參考電壓Vref（門限電平）。當(dāng)輸入電壓Vin>Vref時(shí)，輸出為高電平VOH；當(dāng)輸入電壓Vin<Vref時(shí)，輸出為低電平VOL。實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)記錄（由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有如仿真第一幅圖的輸入信號(hào)，故在實(shí)驗(yàn)時(shí)用正弦信號(hào)代替，并做仿真如上所示） 【正基準(zhǔn)電壓的單電源比較器電路】實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)記錄上述三種電路都是將基準(zhǔn)電壓連接至反相輸入端，并將信號(hào)電壓連接至同相輸入端，利用兩輸入端子之間的差動(dòng)輸入電

8、壓動(dòng)作，因此信號(hào)電壓與基準(zhǔn)電壓即使任意互換，除了輸出的動(dòng)作會(huì)反相外，對(duì)電路并不會(huì)造成任何問(wèn)題。 【遲滯比較器電路】遲滯比較器具有遲滯回線形狀，兩個(gè)門限電電壓，分別稱為上門限電壓VTH 和下門限電壓VTL ，兩者差為門限寬度或遲滯寬度，即VT=VTH-VTL。當(dāng)遲滯比較器的同相輸入端接輸入電壓，反相輸入端接參考電壓時(shí)，輸入電壓從低值達(dá)到超過(guò)上門限電壓VTH時(shí)，比較器輸出從低的VOL 到高的VOH 翻轉(zhuǎn)，稱為同相滯后比較器，或稱為上行遲滯比較器；反之，反相輸入端接輸入電壓，同相輸入端接參考電壓，稱為反相滯后比較器，或稱為下行遲滯比較器。實(shí)驗(yàn)仿真（由于實(shí)驗(yàn)室未提供LM339芯片，故此實(shí)驗(yàn)只做仿真）

9、【窗口比較器電路】窗口比較器又稱為雙限比較器。窗口比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)單方向變化時(shí)，可使輸出電壓Vout跳變兩次，即窗口比較器提供了兩個(gè)閾值和兩種輸出穩(wěn)定狀態(tài)可用來(lái)判斷Vin是否處于上下兩個(gè)門限電壓之間。實(shí)驗(yàn)仿真 【方波發(fā)生電路】由比較器可構(gòu)成音頻方波振蕩器，改變電容器C1的電容量可改變輸出方波的頻率。實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)記錄五、 思考題及實(shí)驗(yàn)心得【實(shí)驗(yàn)心得】（一）在做運(yùn)放實(shí)驗(yàn)時(shí)，接線需要小心謹(jǐn)慎，特別是對(duì)于偏置電壓的接入，一定要判斷清楚恒壓源的正負(fù)極才能接入。否則一旦出現(xiàn)線路接錯(cuò)，很容易就會(huì)燒掉運(yùn)放。（二）對(duì)于集成運(yùn)放基本運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)，在做實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行軟件仿真了解其基本特性是一個(gè)很好的方法。這樣能夠使得自己在自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的預(yù)期，不但可以提高做實(shí)驗(yàn)的效率，而且也是減小實(shí)驗(yàn)失誤的有效方法之一。（三）三角波、方波發(fā)生器的產(chǎn)生可以由比較器RC電路或者比較器積分器（由積分器A1與滯回比較器A2等組成的三角波、方波發(fā)生器電路如上圖所示。在一般使用情況下，和V2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對(duì)稱時(shí)，可通過(guò)改變和V2的大小和方向加以調(diào)整。）來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體采用哪種方式，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，找到最適合的方法。用比較器積分器方法時(shí)要注意對(duì)稱調(diào)節(jié)點(diǎn)V+ 1和零位調(diào)