实验十四电压比较器的研究

实验十四电压比较器的研究一、实验目的1．掌握电压比较器的电路构成及特点。2．理解电压比较器的输出与输入信号之间的关系。3．加深理解电压比较器电路的传输特性。二、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。比较器可以组成非线性正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。图14-1所示为一简单的电压比较器，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。图14-1图14-2当UiUR时，运放输出高电平，稳压管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UO=UZ。当UiUR时，运放输出低电平，稳压管DZ正向导通。输出端电压等于稳压管的正向压降UD，即-UO=-UD。因此，以UR为临界点，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态（高电平和低电平）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。图14-2为图14-1比较器的传输特性。常用的电压比较器有过零比较器、滞回比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。1．过零比较器电路如图14-3所示为过零比较器，信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零，从同相输入端输入。当Ui0时，输出Uo=-U，当Ui0时，Uo=+U。其电压传输特性如图14-4所示。过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。图4-3过零比较器图4-4传输特性曲线2．滞回比较器图14-5为具有滞回特性的过零比较器过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零点附近，则由于零点漂移的存在，UO将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此，就需要输出特性具有滞回现象。如图4-5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，U+端电位也随着改变，使临界点离开原来位置，于是出现如图4-6所示的滞回特性曲线。滞回比较器的两个门限电压分别为UTH1，UTH2。且32Z2R3TH1RRURURU，32Z2R3TH2RRURURU，UZ为U0经稳压管DZ的稳压电压。图14-5滞回比较器图14-6传输特性曲线3．窗口（双限）比较器简单的比较器仅能鉴别输入电压Ui比参考电压UR高和低的情况。窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图14-7所示，它能指示Ui值是否处URH和URL之间。如果URLUiURH，窗口比较器的输出电压UO为低电平UOL；如果URLUi或UiURH，则输出电压Uo为高电平UOH。其传输特性如图14-8所示。图14-7窗口（双限）比较器图14-8传输特性曲线三、实验仪器1、模拟电路实验装置2、双踪示波器3、交流毫伏表4、万用表四、实验内容及步骤1．过零比较器电路如图14-9所示（1）在实验装置上找到本实验单元，接入±15V直流电源。（2）测量Ui悬空时的UO值。（3）调节信号发生器，使之输出频率为1KHz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与UO波形并记录。（4）改变Ui幅值，测量传输特性曲线。图14-9过零比较器图14-10反相滞回比较器2．反相滞回比较器电路如图14-10所示（1）在实验装置上找到本实验单元，接入±15V直流电源，输入端Ui端接可调直流电源，UR端接地，测出Uo由+UOMAX→-UOMAX时Ui的临界值。（2）同上，测出Uo由-UOMAX→+UOMAX时Ui的临界值。（3）调节信号发生器，使之输出频率为1KHz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与Uo波形并记录。3．窗口比较器电路如图14-11所示（1）在实验装置上找到本实验单元，接入±15V直流电源。（2）在URH端接入+5V直流电压，URL端接地，调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与Uo波形并记录。图14-11窗口比较器五、实验注意事项实验装置中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏线路板上的集成芯片。六、思考题分析以上电压比较器的工作原理，比较它们工作电路之间的异同点。七、实验报告要求1．整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线。2．总结几种比较器的特点，阐明他们的应用。