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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除实验十集成运放基本应用之三 电压比较电路姓名： 班级： 学号： 实验时间：一、实验目的1、掌握比较器的电路构成及特点2、学会测试比较器的方法二、实验原理1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b)当UiUR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：Uo=-UD。因此，以UR为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映两种状态。高电位和低电位。2、常用的幅度比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器（又称Schmit
2、t触发器）、双限比较器（又称窗口比较器）等。(1)、图2过零比较器D1D2为幅稳压管。信号从运放的反相端输入，参考电压为零。当u10时,u0=-(Uz+U D),当u1 U后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- 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。三、实验设备与器件1、12V直流电源 2、直流电压表3、函数信号发生器 4、交流毫伏表5、双踪示波器 6、运算放大器A74127、稳压管2CW2311 8、二极管414829、电阻器等四、实验内容1、过零电压比较器（1）如图5所示在运放系列模块中正确连接电路，并接通12V电源。图5 过零比较器（2）测
3、量当Ui 悬空时，Uo 的值。（3）调节信号源，使输出频率为500Hz，峰峰值为2V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录.（4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，用示波器观察Uo 变化，测出电压传输特性曲线。实验得 Ui 悬空时 ， Uo=6.667V ；Ui 与输出Uo 波形 （输入峰峰值为10V）Ui 与输出Uo 波形 （输入峰峰值为2V）Ui 与输出Uo 波形 （输入峰峰值为1V）由以上三图可得 传输特性曲线为分析：当Ui0 时，由于集成运放的输出电压Uo=-Uom，使稳压管D1工作在稳压状态,所以输出电压Uo=-Uz。电路图中所选的稳
4、压管的稳压电压为6V，但实际测出的电压输出值6.667V，略大于此值。当Ui0 时，稳压管D2 工作在稳压状态，稳压管D1 工作在正向导通状态，所以使输出电压Uo=Uz+UD（UD 为稳压管的正向导通电压，约为0.7V），因而实际测量值略高于稳压管的稳压值。2、反相滞回比较器（1）如图6所示正确连接电路，打开直流开关，Ui接（+5/-5）V，以双踪示波器同时观察Ui, Uo的直流电位，细心调节Ui电压，测出Uo由+Uomax跳变为-Uomax时Ui的临界值，此为下门限电平。（2）同上，测出测出Uo由-Uomax跳变为+Uomax时Ui的临界值，此为上门限电平。（3）Ui接500Hz，峰峰值为2
5、V的正弦信号，用双踪示波器观察UiUo波形。（4）将分压支路100k欧电阻改为200k欧，重复上述实验，测定传输特性图6 反相滞回比较器由实验可得 （其中Uz约为6.7V）上门限电平（Ui/V）下门限电平（Ui/V）分压支路100K电阻0.599-0.594分压支路200K电阻0.318-0.307理论值（100K）（Ui=R2Uz /（R2+R3）0.609-0.609理论值（200K）（Ui=R2Uz /（R2+R3）0.319-0.319误差（100K）1.642.46误差（200K）0.333.76Ui 与输出Uo 波形 （100K Uo=6.634V）Ui 与输出Uo 波形 （200
6、K Uo=6.658V）其电压传输特性如下图所示 （100K）分析：集成运放的反向输入端电位UN=Ui，同向输入端电位UP=R2Uz/(R2+Rf)，令UN=UP 得到阈值电压 UTH= R2Uz/(R2+Rf)。假设Ui-UTH，那么UN 一定大于UP，因而Uo=- Uz，所以UP=-UTH。只有当输入电压Ui 减小到-UTH，再减小一个无穷小量时，输出电压Uo 才会从-UTH 跃变为+UTH。所以得到如上图所示的电压传输特性曲线。3、 同向滞回比较器 （1）连接图7 所示实验电路，接通直流电源，测出Uo 由高电平变为低电平时的阈值（2）参照2，自拟实验步骤及方法（3）将结果与2比较图7 同
7、相迟滞比较器由实验可得 （Rf=100K，Uz=6.7V）上门限电平（Ui/V）下门限电平（Ui/V）反相迟滞比较器0.599-0.594同相迟滞比较器6.497-6.509理论值（同相）（Ui=R1Uz /Rf）6.7-6.7误差3.032.85Ui 与输出Uo 波形 （100K Uo=6.707V）其电压传输特性如下图所示分析：集成运放的反向输入端电位UN=0，阈值电压 UTH= R1Uz/Rf。假设UiUTH，那么UN一定小于UP，因而Uo=+Uz，当输入电压Ui 减小到-UTH，再减小一个无穷小量时，输出电压Uo 才会从+UTH 跃变为-UTH。所以得到如上图所示的电压传输特性曲线。五
8、、实验总结1、过零比较器过零比较器被用于检测一个输入值是否是零。原理是利用比较器对两个输入电压进行比较。两个输入电压一个是参考电压Vr，一个是待测电压Vu。一般Vr从正相输入端接入，Vu从反相输入端接入。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时就可以得出待测电压的测量结果，参考电压为零时即为过零比较器。用比较器构造的过零比较器存在一定的测量误差。当两个输入端的电压差与开环放大倍数之积小于输出阈值时探测器都会给出零值。例如，开环放大倍数为106，输出阈值为6v时若两输入级电压差小于6微伏探测器输出零。这也可以被认为是测量的不确定度。2、迟滞比较器迟滞比较器是一个具有迟滞回环
9、传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。3、窗口比较器电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成，电路及传输特性图如图。高电平信号的电位水平高于某规定值VH的情况，相当比较电路正饱和输出。低电平信号的电位水平低于某规定值VL的情况，相当比较电路负饱和输出。该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。比较器应用：可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。【精品文档】第 5 页