哈工大自主设计实验——电压比较器.docx

电压比较器传输特性的测定
实验目的
了解电压比较器的工作原理，掌握电压比较器的电路构成及特点。
学会测试比较器的方法，并绘出传输特性曲线。
实验原理
电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。
左图所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压Ui加在反相输入端。
当Ui<UR时，运放输出高电平，稳太管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压Uz，即：U0=Uz
当Ui>UR时，运放输出低电平，Dz正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即U0=-UD
因此，以UR为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态。高电位和低电位。
表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性。右图即为为左图的传输特性。
常用的电压比较器有过零比较器、具有迟滞特性的过零比较器、窗口比较器等。
过零比较器
电路下图所示为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。当Ui＞0时，输出UO＝-(UZ+UD)，当Ui＜0时，UO＝+(UZ+UD)。UD远小于UZ，其电压传输特性如下右图所示。
过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。

（2）滞回比较器
下左图为具有滞回特性的过零比较器
如图10－3所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若UO改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当UO为正（记作U+），则当Ui＞U∑后，UO即由正变负（记作U-），此时U∑变为－U∑。故只有当Ui下降到－U∑以下，才能使UO再度回升到U+，于是出现图10-3(b)中所示的迟滞特性。－U∑与U∑的差别称为回差。改变R2的数值可以改变回差的大小。

（3）窗口比较器
简单的比较器仅能鉴别输入电压Ui比参考电压UR高或低的情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如下左图所示，它能指示出Ui值是否处于和之间。如UR-＜Ui＜UR+，窗口比较器的输出电压U0等于运放的正饱和输出电压(+Uomax)，如果Ui＜UR-或Ui＞UR+，则输出电压U0等于运放的负饱和输出电压(－Uomax)。

3.仪器设备名称、型号
序号名称型号规格数量1示波器AglientDSO-X2002A12数字万用表UT5613直流稳压电源DF173115稳压二极管26运算放大器uA74117二极管28模电技术实验箱1

4.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）
1、过零比较器
实验电路如图所示

(1)接通+12V电源。
(2)测量Ui悬空时的U0值。

U0=6.913V
Ui输入500Hz、幅值为2V的正弦信号，观察Ui及U0波形并记录。

Ui1V/格峰峰值2.02V
U05V/格峰峰值13.763V

改变Ui幅值，测量传输特性曲线。
当U0从－Uomax-6.838V到＋Uomax6.913V时Uth=1.4mV

2、滞回比较器
(1)实验电路如图所示，Ui接＋5V可调直流电源，测出U0由＋Uomax→－Uomax时Ui的临界值。
Uth1=635.1mV

同上，测出U0由－Uomax→＋Uomax时Ui的临界值。并画出传输特性曲线。
Uth2=-645.2mV
－Uomax=-7.150V＋Uomax=7.135V

Ui接500Hz，峰值为2V的正弦信号，观察并记录Ui及U0波形。

Ui1V/格峰峰值2.02V
U05V/格峰峰值14.5V
5.实验中出现的问题及解决对策
测量阈值电压时因为只有一个万用表，故不能同时测量Ui与U0的值。先将电压表接在输出端，待电压刚发生跃变时，在将万用表接在输入端即可测得阈值电压。

6.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
第一次不依照详细的实验报告进行模电实验，对自己来说是一次很好的锻炼，希望以后有更多机会进行类似的自主设计，来提高自己的能力。
参考文献
[1].模拟电子技术基础.王淑娟等.高等教育出版社。
[2].电工电子实验与计算机仿真.邹其洪.电子工业出版社。