电压比较器实验报告.doc

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： 一、实验目的 二、实验内容 三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析五、思考题及实验心得 一、 实验目的1了解电压比较器与运算放大器的性能区别；2掌握电压比较器的结构及特点；3掌握电压比较器电压传输特性的测试方法；4学习比较器在电路设计中的应用。二、 实验内容及原理实验内容1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。2设计单门限电压比较器电路，同相输入端接1V直流电压，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量3并绘制输出波形和电压传输特性曲线。4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。5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。6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。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。A. 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。B. 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_PLL。C. 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。D. 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。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型可调式直流稳压稳流电源 。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VinVout时，输出Vout=VOL；反之，当输入电压VinVout时，输出Vout=VOH。实验仿真：实验记录： 【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） 【正基准电压的单电源比较器电路】实验仿真实验记录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】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VT=VTH-VTL。当迟滞比较器的同相输入端接输入电压，反相输入端接参考电压时，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，改变电容器C1的电容量可改变输出方波的频率。实验仿真实验记录五、 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