实验8 电压比较器

1、实验八 电压比较器 一、 实验目的1 了解电压比较器的结构与特点2 了解电压比较器的输出信号3 掌握电压比较器输出信号的测试方法二、实验器材1 1台编号为 RTMD4 的模拟电路实验箱2 1块编号为 UT70A 的数字万用表3 1台编号为 SS-7802A 的双踪示波器4 1台编号为 GFG-8255A 的函数信号发生器5 1块编号为 LM358 的集成运算放大器 6 1个型号为 2CW231 的稳压管7 1块运算放大器及应用电路板三、实验内容1 电压比较器2 过零比较器 四、实验原理1 电压比较器电压比较器是集成运算放大器在信号处理方面的应用。电压比较器的输入电压ui和比较器的基准电压UR相

2、比较，当 ui 与UR 相等时，比较器的输出电压将产生跃变，相应的输出为正、负饱和压降 Uo (sat) 。 可见， 电压比较器可以将输入模拟信号ui 转变为输出方波信号 uo ， 应用于模拟信号与数字信号的转化等领域。 图81 电压比较器电压比较器电路如图81 所示，当ui 与UR 相同时，电压比较器输出一个方波信号，其幅值等于运算放大器的正、负饱和压降Uo (sat) 。 Uo (sat) 数值较大，近似等于电路的电源电压。 如果要求比较器的输出电压为后级电路所需要的数值，可以在比较器电路中增加限幅电路，图82（a）为带单向限幅的电压比较器。 图中，UR 为比较器的基准电压，加在运算放大器

3、的同相输入端，输入信号 ui 加在反相输入端，限流电阻R及稳压管VZ 构成限幅电路，使得电压比较器输出的正向电压变为稳压管的稳定电压UZ 。 带单向限幅电路的电压比较器， 其电压传输特性如图82(b) 所示。(a)电路图 (b)电压传输特性图82 带单向限幅电路的电压比较器从电压传输特性可以看出，当u i < UR 时，运算放大器输出正饱和压降，限幅电路中的稳压管Vz反向击穿， 比较器输出端电压被稳压管箝制在稳压管的稳定电压Uz，故有： 当 u i > UR时，运算放大器输出负饱和压降，稳压管Vz正向导通，比较器输出电压等于稳压管的正向导通压降UD，故有： uo =UD可见，在电压

4、比较器中，以基准电压UR 为比较器输出电压跃变的界线，当输入电压变化越过基准电压时， 输出电压从一种输出状态变为另一种输出状态，这两种状态分别为：高电位信号Uz和低电位信号UD 。2 过零比较器图83为过零比较器。 这时，比较器的基准电压为零，当输入电压越过零值时，比较器的输出电压出现跃变，运算放大器的输出电压为正、负饱和压降，当输入信号为正弦信号时，过零比较器会将正弦信号转变为正、负半周相等的方波信号。图83 过零比较器图84（a）是带有双向限幅的过零比较器，Vz为双向限幅稳压管，为限流电阻。输入信号从反相输入端输入，同相端输入端接地，比较器的基准电压为零。当输入电压 时，比较器的输出电压

5、当输入电压 时，比较器的输出电压 其电压传输特性如图83（b）所示。(a)电路图(b)电压传输特性图84 带双向限幅电路的过零比较器五、实验过程1 实验电路的联接运算放大器及应用电路板如下图所示。连线前，应关闭实验箱的电源开关，然后按照原理图联接集成运算放大器的外部元件，并确认接线准确无误。 再将实验箱的正、负电源电压调节到 ±12 V， 用导线将±12 V电源分别联接到集成运算放大器相应的管脚处， 将±12V电源的地线与实验电路板的地线相联。 注意：集成运算放大器的正、负电源不能接反，不能将电源的输出端短路，否则会损坏集成运算放大器或实验箱的直流电源。 2 电压

6、比较器按照图81联线，设比较器的基准电压 UR3V，待电路连完后，检查接线并确保接线无误后，闭合实验箱电源开关，给实验电路供电。 调节函数信号发生器，使其输出 f = 1k Hz、ui < 2V（用示波器监测）的正弦波信号，用同轴电缆线将函数信号发生器的输出端与实验电路的输入端相连，用同轴电缆线将输入信号ui 、输出信号uo 与示波器相连，进行双踪显示，观察 ui 与 uo 的波形。用示波器测量电压比较器的输入电压 ui 及输出电压uo 的峰峰值，将测量结果记入表81中。 在坐标轴中画出电压比较器的ui 与 uo 的波形。 画波形时应注意ui 与 uo 之间的相位关系及电压的幅值。表81

7、电压峰峰值（ UR3 V ）输入电压与输出电压的波形 UippUopp3 双向限幅过零比较器按图84 连线。 将运算放大器的同相输入端接地， 这时比较器的基准电压 UR 为零。 接线完成后， 仔细检查接线并确定接线无误、运算放大器的正、负电源连接无误。 闭合实验箱电源开关，给实验电路供电。调节函数信号发生器，使其输出 f = 1k Hz、Vi < 2V（用示波器监测）的正弦波信号，用同轴电缆线将函数信号发生器的输出端与实验电路的输入端相连， 用同轴电缆线将实验电路的输入电压 ui 及输出电压uo 接到双踪示波器，进行双踪显示。观察ui 与 uo 的波形。表82电压峰峰值（ UR0 V ）

8、输入电压与输出电压的波形 UippUopp用示波器测量过零比较器的输入电压 ui 及输出电压uo 的峰峰值， 将测量结果记入表82中。 在坐标轴中画出电压比较器的ui 与 uo波形。 画波形时应注意ui 与 uo 之间的相位关系及电压的幅值。 六、注意事项 (1) 实验前需要做充分的准备：预习实验内容，写出预习报告。无预习报告者不得进入实验室做实验。(2) 放置集成块LM358时，应将它的半圆形缺口标志与集成块插座的半圆形缺口标志对齐。 插、拔集成块应在断电状态下进行。(3) LM358集成块的正、负电源与地线不能接反或者接错。(4) 在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断实验箱的电源，在断电状态下操作。(5) 实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。七、实验预