实验十 电压比较器的安装与测试

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1、实验十电压比较器的安装与测试一．实验目的1．了解电压比较器的工作原理。2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。二．预习要求1．预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。2．预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。三．实验原理电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当

2、要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。下面讨论几种常见的比较器电路。基本过零比较器（零电平比较器）过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，+15V以决定输出电压的极性。电路如图1所示：ui27放大器接成开环形式，信号ui从反向端输入，同µA7416uo相端接地。当输入信号ui<0时，输出电压uo为正极限34值UOM；由于理想运放的电压增益Au→∞，故当输-15V入信号由小到大，达到ui=0时，即u-=u+的时刻，输出电压uo由正极限值UOM翻转到负极限值-UOM。图1反

3、向输入过零比较器当ui>0时输出uo为负极限值-UOM。因此，输出翻转的临界条件是u+=u-=0。即：+UOMui<0uo=（1）-UOMui>0其传输特性如图2（a）所示。所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压ui是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。103uouo+UOM+UOM0ui0ui-UOM-UOM(a）理想运放（增益A→∞）（b）实际运放（增益A≠∞）图2基本过零比较器的传输特性对于实际运算放大器，由于其增益不是无ui限大，输入失调电压UOS不等于零，因此，输出状态的转换不是突然的，其传输特性如图20t（b）所示，

4、存在线性区。由以上工作原理可知，比较器中运放的反uo向输入端和同相输入端的电压不一定相等。+UOM假设输入信号ui为正弦波，在ui过零时，比较器的输出就跳变一次，因此，uo为正、负0t相间的方波电压，如图3所示。为了使输出电压有确定的数值并改善大信-UOM号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上图3比较器的输入与输出波形限幅器。如图4(a)所示。图中：R=1kW，DZ1、DZ2采用5229，UZ1=UZ2=4.3V。+15Vuoui27+UZµA7416uo34R-15VDZ10uiDZ2-UZ(a)接上限幅器的比较器（b）电压传输特性图4在图4（b）

5、中：UZ=UZ2+UD1，-UZ=UZ2+UD1。此时：+UZui<0uo=（2）UZui>01．任意电平比较器1）差动型任意电平比较器103电路如图5（a）所示，输入信号ui加到反向+15V输入端，在同相输入端加一个参考电压UREF，当ui27输入电压ui小于参考电压UREF时，输出为+UOM，µA7416uo当输入电压ui大于参考电压UREF时，输出为-UOM。UREF34该电路的传输特性如图5（b）所示。-15V即：（a）电路+UOMuiUREF+UOM与零电平比较器一样，可以根据比较器输出电压的极性来判断

6、输入信号是大于UREF，还是小UREF于UREF。对于差动型任意电平比较器来说，其比0ui较电平UC就等于基准电压UREF。2）求和型任意电平比较器-UOM电路如图6（a）所示，这种电路可以判定输入信号是否达到或超过某个基准电平。在图6（b）电压传输特性（a）电路中，输入信号ui和基准信号UREF通过图5反向输入差动型任意电平比较器电阻R1和R2作用在运放的反向输入端。用戴维南定理将它们转化成等效电压源：和内阻：R′=R1//R2,其等效电路如图6（b）所示。uouiR1+15V+15V+UOMUREFR227u¢iR¢27µA7416uoµA7416

7、uoUc34340ui-15V-15V-UOM（a）电路图（b）等效电路（c）电压传输特性图6（其中R1、R2分别取2kW）由于u+=0，根据输出翻转的临界条件u+=u-=0，故由u¢i=0，可求得比较电平：(4)因此，比较器的输出电压为：+UOMuiUC103电压传输特性如图6（c）所示。+15V3．窗口比较器27如果要判别输入信号电压ui是否进入某一定UREF1A16范围，则可以用图7（a）所示的窗口比较器来进34D1行判别。该窗口比较器是由一个反向输入差动任ui-15Vuo意电平比较器和另一个同相输入差动任意电平比

8、+15V较器适当地组合而成。27D2R假定UREF1>UREF2，则当ui