哈工大模電自主設計實驗

1、姓名班級學號 實驗日期節(jié)次教師簽字成績 電壓比較器一.實驗目的1、掌握電壓比較器的分析及其計算2、學習測試比較器的方法二.總體設計方案或技術路線電壓比較器可以看作是放大倍數接近“無窮大”的運算放大器。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)：當”+”輸入端電壓高于”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平；當”+”輸入端電壓低于”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；可工作在線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。工作在線性工作區(qū)時特點是虛短，虛斷；工作在非線性工作區(qū)時特點是跳變，虛斷；由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運放常工作在非線性區(qū)。從電

2、路結構上看，運放常處于開環(huán)狀態(tài)，又是為了使比較器輸出狀態(tài)的轉換更加快速，以提高響應速度，一般在電路中接入正反饋。常用的電壓比較器有簡單電壓比較器、滯回電壓比較器和窗口電壓比較器。1、過零比較器過零比較器是將信號電壓Ui與參考電壓零進行比較。如圖1（a）所示，電路由集成運放構成。對于高質量的集成運放而言，其開環(huán)電壓放大倍數很大，輸入偏置電流、失調電壓都很小。若按理想情況（Aod=無窮大，=0,Uio=0）考慮時，則集成運放開環(huán)工作時當 Ui>0時，Uo為低電平 Ui<0時，Uo為高電平集成運放輸出的高低電平值一般為最大輸出正負電壓值Uom (a)電路圖 (b)電壓傳輸特性曲線2、滯回

3、電壓比較器滯回電壓比較器是由集成運放外加反饋網絡構成的正反饋電路，如圖2所示。Ui為信號電壓，Ur為參考電壓值，輸出端的穩(wěn)壓管使輸出的高低電平值為±Uz?？梢钥闯?，此電路形成的反饋為正反饋電路。(a)電路圖 (b)電壓傳輸特性曲線圖2 反向滯回電壓比較器電壓比較器的特性可以用電路的傳輸特性來描述，它是指輸出電壓與輸入電壓的關系曲線，如圖1(b)為過零比較器的電壓傳輸特性曲線?？梢钥闯?，當輸入電壓從低逐漸升高或從高逐漸降低經過0電壓時，Uo會從一個電平跳變?yōu)榱硪粋€電平，稱0為過零比較器的閾值。閾值定義為當比較器的輸出電平從一個電平跳變到另一個電平時對應的輸入電壓值。滯回電壓比較器的電壓

4、傳輸特性曲線如圖2(b)所示。曲線表明，當輸入電壓由低向高變化，經過閾值時，輸出電平由高電平(Uz)跳變?yōu)榈碗娖?-Uz)。當輸入電壓由高向低變化，經過閾值時，輸出電平由低電平(-Uz)跳變?yōu)楦唠娖?Uz)。 3、窗口（雙限）比較器簡單的比較器僅能鑒別輸入電壓ui比參考電壓UR高或低的情況，窗口比較電路是由兩個簡單比較器組成，如圖2.7.3所示，它能指示出ui值是否處于和之間。如Ui，窗口比較器的輸出電壓UO等于運放的正飽和輸出電壓(+Uomax)，如果Ui或Ui，則輸出電壓U0等于運放的負飽和輸出電壓(UOmax)。 （a）電路圖 （b）傳輸特性圖3 由兩個簡單比較器組成的窗口比較器4. 三

5、態(tài)電壓比較器 （a）電路圖 （b）輸入電壓波形 （c）傳輸特性5、電壓比較器的測試測試過零比較器時，可以用一個低頻的正弦信號輸入至比較器中，直接用雙蹤示波器監(jiān)看輸出和輸入波形，當輸入信號幅度適中時，可以發(fā)現輸入電壓大于零、小于零時，輸出的高、低電平變化波形，即將正弦波變換為方波。滯回電壓比較器測試時也可由用同樣的方法，但在示波器上讀取上、下閾值時，誤差較大。采用直流輸入信號的方案較好，調節(jié)輸入信號變化，測出輸出電平跳變時對應的輸入電壓值即為閾值。三.實驗電路圖 圖（1）過零比較器圖（2）反向滯回比較器圖（3）同向滯回比較器圖（4）窗口比較器四. 儀器設備名稱、型號實驗電路板雙蹤示波器雙路直流穩(wěn)

6、壓電源函數信號發(fā)生器數字萬用表A741型芯片五理論分析或仿真分析結果1.過零比較器2. 反向滯回比較器（1）連接圖2所示實驗電路，接通直流電源, Ui接可調直流電壓源，用萬用表測出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的閾值理論結果：UTH1 =R2Uz /（R2+R3）=564mV（2）測出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r的閾值理論結果：UTH2 =R2Uz /（R2+R3）=564mV3、同向滯回比較器（1）連接圖3所示實驗電路，接通直流電源，測出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的閾值理論結果：UTH1 =R2Uz /R3=600mV（2）測出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r的閾值理論結果：UTH2 =R2Uz /R3=620

7、mV4.窗口比較器（1）連接圖4實驗電路，檢查無誤后，接通VCC接+5V直流電源（2）測出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的兩個閾值UL和UH理論結果UL=0.9V UH=2.3V仿真結果UL=946.07 mV UH=2.259V六.詳細實驗步驟及實驗結果數據記錄（包括各儀器、儀表量程及內阻的記錄）1、過零比較器（1）連接圖1實驗電路，檢查無誤后，接通直流電源（2）當Ui懸空時，測量Uo的值 Uo=-6.79V（3）調節(jié)信號源，使輸出頻率為500Hz，有效值為5V的正弦波信號，并輸入至Ui端，用示波器觀察比較器的輸入Ui與輸出Uo波形（4） 將信號發(fā)生器的輸出方式改為XY方式，得到電壓傳輸曲線2、反

8、向滯回比較器（1）連接圖2所示實驗電路，接通直流電源, Ui接可調直流電壓源，用萬用表測出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的閾值實驗結果仿真結果理論結果閾值UTH1623.4mV619.004mV564mV與理論值的誤差10.5%9.7%0（2） 測出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r的閾值實驗結果仿真結果理論結果閾值UTH2-625.8mV652.034mV564mV與理論值的誤差11.0%15.6%0（3） 將信號發(fā)生器接入Ui，并使之輸出頻率為1.0KHz，電壓有效值為6V的正弦波信號，用示波器觀察比較器的輸入Ui與輸出Uo波形（4） 將信號發(fā)生器的輸出方式改為XY方式，得到電壓傳輸曲線3、同向滯回比較器

9、（1）連接圖3所示實驗電路，接通直流電源，測出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的閾值實驗結果仿真結果理論結果閾值UTH1-683.5mV672.950mV600mV與理論值的誤差13.9%12.1%0（2）測出Uo由低電平變?yōu)楦唠娖綍r的閾值理論結果：UTH2 =R2Uz /R3=620mV將實驗結果與理論結果的對比如下表所示實驗結果仿真結果理論結果閾值UTH2715.3mV705.602mV600mV與理論值的誤差19.2%17.6%0（3） 將信號發(fā)生器接入Ui，并使之輸出頻率為500Hz，電壓有效值為6V的正弦波信號，用示波器觀察比較器的輸入Ui與輸出Uo波形如下（4） 將信號發(fā)生器的輸出方式改為

10、XY方式，得到電壓傳輸曲線如下圖所示4.窗口比較器（1）連接圖4實驗電路，檢查無誤后，接通VCC接+5V直流電源（2）測出Uo由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的兩個閾值UL和UH理論結果UL=0.9VUH=2.3V仿真結果UL=946.074 mVUH=2.259V實驗結果UL=895mVUH=2.213V7.實驗結論 通過實驗，測得了過零比較器，反向滯回比較器，同向滯回比較器的閾值電壓和傳輸特性曲線，并測得了窗口比較器的兩個閾值電壓。并與理論值進行了誤差分析。得到了各種濾波器的波形情況，與書上的理論圖形相比較，得到了自己的結果與書上結果的對比，從而得到了正確的結論8. 實驗中出現的問題及解決對策在實驗開始階段，電壓源輸出電壓無法顯示，本人通過電壓表將電壓源兩端電壓測出來，進而直接調出正負12V電壓，保證了電路的正常工作。后來，在測電壓比較器的波形的時候，示波器發(fā)生故障，在未接電壓的時候會產生很大的噪聲，后通過調節(jié)示波器靈敏度慢慢調好。在試驗一開始，所用電壓較小是輸出的不是方波，而是矩形波，后來調高電壓才得到方波。9. 本次實驗的收獲和體會、對電路實驗室的意見或建議收獲與體會：加深理解了電壓比較器的特點和電路的輸出規(guī)律，對于滯回比較器的優(yōu)點有了進一步的認識，對于窗