实验十一_电压比较器

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实验十一电压比较器 一、实验目的1．熟悉单限、迟滞和窗口电压比较器的工作原理及电路形式。2．掌握电压比较器输入、输出电压波形及电压传输特性的观、测方法。3．研究参考电压及迟滞比较器的电压正反馈对电压传输特性的影响。 二、实验原理电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，当它的输入电压变化越过某一个或两个比较电平时，其输出电压将由一个状态翻转为另一个状态的突变。因此，输出电压的状态可标志其输入电压是否越过比较电平。输出电压的两种状态或两种可能的数值分别称为输出高电平记为VOH和输出低电平记为VOL。电压比较器有两个输入端，一般情况是：一端加的是被比较的模拟信号vI，另一端加的是基准(参考)电压VR。1.单限电压比较器图11-1电压比较器的输入、输出波形图11-2基本单限电压比较器 二、实验原理图11-2为基本单限电压比较器电路，模拟信号电压vI通过电阻R1加到集成运放的反相输入端，基准电压VR通过电阻R2加在同相输入端。VR的值可正，可负也可为零。输出端经双向基准稳压管与反相输入端相连，用以对输出电压进行限幅。根据运算放大器基本原理有VN=VP＝VR。所以，只要输入信号vI大于VR，输出电压就呈低电平，其值为VOL=VR-VZ。而当vI小于VR时，输出电压则翻转为高电平，。其值为VOH=VR+VZ。上两式中，VZ为双向基准稳压管的稳定电压。输出电压发生翻转时，输入信号电压值VT称为门限电压。图11-2电路的门限电压VT就等于参考电压VR。 二、实验原理图1l-2电路的电压传输特性如图11-3所示，图中的三条曲线①、②、③分别为VR=0、VR<0、VR>0时的电压传输特性。由图11-3可见，在单限电压比较器中，无论参考电压VR为何值都只有一个门限电压，且等于参考电压。当VR=0时，输出电压是在vI过零点时由一个状态翻转为另一个状态的，故这种情况下的比较器称为过零比较器。图11-3单限电压比较器的传输特性 二、实验原理2.迟滞比较器(亦称施密特触发器)迟滞比较器是一种滞后电压比较器，电路如图11-4所示，图中电阻R2、R3构成电压正反馈网络，R2越大、R3越小，正反馈越强。由于正反馈的存在，门限电压不再仅仅取决于参考电压VR，而是由VR与输出电压VO共同决定。输出电压为两个门限电压分别为图11-4迟滞比较器电路 二、实验原理图11-5施密特触发器电压传特性两个门限电压之差称为门限宽度VH，即可见，当VZ一定时(本实验中VZ=6V)，两个门限电压VHT、VLT与VR及R2／R3有关，而门限宽度只与R2／R3有关。当R2／R3不变时，改变VR，电压传输特性将沿着横坐标轴移动，门限电压VH保持不变，只有当改变R2／R3时VH才会改变，R2／R3愈大，表明正反馈愈强，反映两门限电压之差的门限宽度VH也就愈大。 二、实验原理3．窗口电压比较器单限比较器和迟滞比较器在输入电压单一方向变化时,输出电压只跃变一次,因而不能检测出输入电压是否在两个给定电压之间,而窗口比较器具有这一功能。图11-6为窗口比较器电路，外加参考电压,电阻R和稳压管DZ构成限幅。运放采用LM358双运放,其引脚见图11-7。图11-6窗口比较器电路图11-7LM358引脚图图11-8窗口比较器的电压传输特性 二、实验原理图11-9专用集成电压比较器LM319构成的窗口比较器图11-9是由专用集成电压比较器LM319构成的窗口比较器，电路简单，只需外接一个上拉电阻。LM319是双电压比较器，其外形和引脚见图11-10。图11-10LM319的引脚图 二、实验原理电压比较器的测试信号可用直流电压，也可用交流电压。为便于用示波器直接观测，本实验采用三角波作为输入信号。测试时，将电压比较器的输出、输入信号电压分别加到双踪示波器的两路(CH1、CH2)输入端上，按下示波器面板上的“ALT”双通道交替使用键，即可在屏幕上同时观察到输入、输出电压波形；当按下面板上的“X-Y，’键时，两路通道变为Y通道和X通道，屏幕上显示的将是Y轴与X轴两个方向波形的合成波形，应用这种方法可直接观察比较器的电压传输特性。改变VR及R2／R3可直接看到传输特性的变化，并可进行测量。在测试中应注意输入信号必须足够大，否则由于电路仍工作在线性区而使输出电压达不到额定值，但输入信号也不能太大，因太大会受到差模输入电压范围的限制。 三、实验电路实验电路分别如图11-2、11-4、11-6、11-9所示。基准电压是由图11-11电阻分压器的两个分压值VRH≈2V和VRL≈1V提供的。输入电压vI采用函数发生器输出的f=400Hz三角波。图11-11电阻分压器 四，实验内容1.单限比较器：在实验箱上插接图11-2电路及图11-11分压电路;(1)输入VP-P=6V、f=400Hz的三角波;VR=0V(即参考输入端接地);用示波器观察输入、输出电压波形及电压传输特性;并测出VoH、VOL、VT之值。定量描绘输入、输出电压波形图和电压传输特性曲线。(2)（选作）将VR改为1V（分压电路VRL端的输出电压）,重复第(1)步。2.迟滞比较器：按图11-4插接电路,保留分压电路。(1)输入VP-P=6V、f=400Hz的三角波;VR=1V(即分压电路VRL端的输出电压),R3=220K;用示波器观察输入、输出电压波形及电压传输特性;并测出VoH、VOL、VLT、VHT之值。定量描绘输入、输出电压波形图和电压传输特性曲线。3.窗口比较器：保留分压电路;分别按图11-6和图11-9联结电路;VRH=2V、VRL=1V,输入VP-P=6V、f=400Hz的三角波;用示波器观察输入、输出电压波形及电压传输特性;并测出VoH、VOL之值。定量描绘输入、输出电压波形图和电压传输特性曲线。比较两窗口比较器的电压传输特性有何不同?