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1、P1,订,线,实验报告,课程名称： 电路与电子技术实验指导老师： 成绩： 实验名称： 电压比较器及其应用实验类型： 电子电路实验同组学生姓名：,二、实验内容 四、实验数据记录、处理与分析,一、实验目的 三、主要仪器设备 五、思考题及实验心得,一、实验目的 了解电压比较器与运算放大器的性能区别； 掌握电压比较器的结构及特点； 掌握电压比较器电压传输特性的测试方法； 学习比较器在电路设计中的应用。 装,二、实验内容及原理,实验内容 设计过零电压比较器电路，反相输入端接地，同相输入端接 1kHz、1V 正弦波信号，测量并绘制输出 波形和电压传输特性曲线。 设计单门限电压比较器电路，同相输入端接 1V
2、 直流电压，反相输入端接 1kHz、1V 正弦波信号，测量 并绘制输出波形和电压传输特性曲线。 设计反相输入（下行）滞回电压比较器，反相输入端接 1kHz、1V 正弦波信号，测量并绘制输出波形 和电压传输特性曲线。 设计窗口电压比较器电路，输入为 1kHz、5V 三角波信号，设置参考电压Vref1 为 1V 直流电压，参考 电压Vref2 为 4V 直流电压，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。 设计三态电压比较器电路，输入电压信号 Vin 为 1kHz、5V 三角波信号，当输入 VinVref2 时，输出 Vout=VOL；VinVref1 时，输出 Vout=VOH。,实验原理 电压比较
3、器（简称为比较器）是对输入信号进行鉴幅和比较的集成器件，它可将模拟信号转换成二值 信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。可用作模拟电路和数字电路的接口，也可用作波形产 生和变换电路等。比较器看起来像是开路结构中的运算放大器，但比较器和运算放大器在电气性能参数方 面有许多不同之处。运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但比较器的响应速度比运 算放大器快，传输延迟时间比运算放大器小，而且不需外加限幅电路就可直接驱动 TTL、CMOS 等数字集 成电路。但在要求不高情况下也可以考虑将某些运算放大器（例如：LM324、LM358、A741、TL081、 OP07、OP27 等）当
4、作比较器使用。常见的比较器电路有过零比较器、门限比较器、滞回比较器、窗口比 较器和三态比较器等。常用的电压比较器有： LM339、LM393、LM311 等。,1,P2,比较器看起来像是运算放大器的开环应用，运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器， 但比较器和运算放大器之间有许多明显的不同之处。因此只有在特殊的情况下，可将运算放大器当作比较 器使用。 运算放大器是一种为在负反馈条件下工作所设计的电子器件，其设计重点是保证在负反馈条件下的稳 定性，压摆率和最大带宽等。通常运算放大器的开环增益非常高，在开环情况下只能处理输入差分电压非 常小的信号。运算放大器的响应时间与比较器相比会慢得
5、多。 比较器的输入为两路模拟信号，输出为二进制数字信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保 持恒定。有时也将比较器称为 1 位A/D 转换器。 与运算放大器一样，比较器输入级也具有诸多特性，如失调电压、偏置电流以及共模电压范围。只有 当其影响到开关点时，这些参数的值才会引起我们的关注。 集电极开路输出：集电极开路输出比较器使用时需要外接上拉电阻 R_PLL，上拉电阻与逻辑电源 Vs+相连，逻辑电源的电压值，决定了比较器的可输出电压值。采用集电极开路输出的比较器可与各种逻 辑器件系列连接，并可实现线与逻辑。 集电极/发射极开路输出：集电极/发射极开路输出比较器使用时需要外接上拉或下拉电阻 R
6、_PLL。 漏极开路输出：漏极开路输出比较器使用时需要外接上拉电阻 R_PLL，采用上拉电阻与逻辑电源 Vs+相连，逻辑电源的电压值，决定了比较器的可输出电压值。采用集电极开路输出的比较器可与各种逻 辑器件系列连接，并可实现线与逻辑。 推挽式输出：推挽输出不需要外接上拉电阻器，其输出逻辑电平取决于比较器的电源电压。 装 订 线,三、主要仪器设备 集成运算电路实验板、通用运算放大器 LM339、LM393、LM311、电阻电容等元器件、MS8200G 型数字 多用表；XJ4318 型双踪示波器；XJ1631 数字函数信号发生器；DF2172B 型交流电压表；HY3003D-3 型可 调式直流稳压
7、稳流电源 。,2,P3,四、实验数据记录、处理与分析 【过零电压比较器电路】 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率的双极性矩形波。常用于 测量正弦波的频率相位等。当输入电压in out时，输出out = OL；反之，当输入电压in out时，输 出out = OH。 实验仿真：,装 订 线 实验记录：,3,P4,装 订 线, 【基本单门限比较器电路】 单门限比较器的输入信号 Vin 接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电压 Vref（门限电平） 。 当输入电压VinVref 时，输出为高电平VOH；当输入电压 VinVref 时，输出为低电平VOL。 实验仿真,
8、实验记录（由于实验室没有如仿真第一幅图的输入信号，故在实验时用正弦信号代替，并做仿真如上所示）,4,P5, 【正基准电压的单电源比较器电路】 实验仿真,实验记录 装 订 线,上述三种电路都是将基准电压连接至反相输入端，并将信号电压连接至同相输入端，利用两输入端子 之间的差动输入电压动作，因此信号电压与基准电压即使任意互换，除了输出的动作会反相外，对电路并 不会造成任何问题。, 【迟滞比较器电路】,5,P6,装,订,迟滞比较器具有迟滞回线形状，两个门限电电压，分别称为上门限电压 VTH 和下门限电压 VTL ， 两者差为门限宽度或迟滞宽度 ，即 = 。 当迟滞比较器的同相输入端接输入电压，反相输
9、入端接参考电压时，输入电压从低值达到超过上门限 电压VTH 时，比较器输出从低的 VOL 到高的VOH 翻转，称为同相滞后比较器，或称为上行迟滞比较器； 反之，反相输入端接输入电压，同相输入端接参考电压，称为反相滞后比较器，或称为下行迟滞比较器。 实验仿真（由于实验室未提供LM339 芯片，故此实验只做仿真）, 【窗口比较器电路】 窗口比较器又称为双限比较器。窗口比较器的特点是当输入信号单方向变化时，可使输出电压 Vout 线跳变两次，即窗口比较器提供了两个阈值和两种输出稳定状态可用来判断 Vin 是否处于上下两个门限电压 之间。,实验仿真, 【方波发生电路】 由比较器可构成音频方波振荡器，改
10、变电容器 C1 的电容量可改变输出方波的频率。,6,P7,实验仿真,实验记录 装 订 线,五、思考题及实验心得 【实验心得】 （一）在做运放实验时，接线需要小心谨慎，特别是对于偏置电压的接入，一定要判断清楚恒压源的正负 极才能接入。否则一旦出现线路接错，很容易就会烧掉运放。 （二）对于集成运放基本运算电路实验，在做实验前先进行软件仿真了解其基本特性是一个很好的方法。 这样能够使得自己在自己动手做实验对于实验结果有一定的预期，不但可以提高做实验的效率，而且也是,7,P8,装 订 线,8,减小实验失误的有效方法之一。 （三）三角波、方波发生器的产生可以由比较器RC 电路或者比较器积分器（由积分器
11、A1 与滞回比 较器 A2 等组成的三角波、方波发生器电路如上图所示。在一般使用情况下，和 V2 都接地。只有在方 波的占空比不为 50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变和 V2 的大小和方向加以调整。）来 实现，具体采用哪种方式，应该具体问题具体分析，找到最适合的方法。用比较器积分器方法时要注意 对称调节点V+ 1 和零位调节点V2。 （四）实验前应检验电路元器件，包括是否损坏，以及标称值与实际值的差异。我们不能轻易相信电阻的 色环等标称值，有些元器件由于长时间放置，老化，或者本身就具有较大的误差，标称值与实际值有很大 的差别，元器件的实际值在实验前均需重新测定，否则直接做实验很容易出现较大误差甚至错误，而且不 利于实验矫正。,
