电压比较器数据处理

电压比较器

一、实验目的

1、 掌握电压比较器的电路构成及工作原理

2、 掌握电压比较器参数的测量方法 二、实验原理

1、集成运算放大器简介：

2、 理想运放的主要性能指标：A 0o o

i o id ou u u R R u u u ==→∞→∞→i-–，，。i ＋

3、 集成运放在非线性应用：

运放在非线性应用时必须工作于开环或正反馈状态（虚短已不适用），输出电压只有高、低两种状态。若u +＞u －，则u o =＋u om （＋u O

m 为正输出饱和电压）；若u +＜u －，则u o =－u om （－u O

m 为负输出饱和电压）。

电压比较器是运放的典型非线性应用，其功能是将输入电压与参考电压u REF 相比较。 三、实验步骤及数据处理 1. 单限电压比较器： （1）原理

图一、单限反相电压比较器 原理图分析：

当REF i u u >时，u o =＋u om （＋u O

m 为正输出饱和电压）；

当REF i u u <时，u o =－u om （－u O

m 为负输出饱和电压）。

（2）实验步骤及方法

a) 电源电压Ec=±5V （由实验箱提供），参考电压u REF +=

+1V （由GDP-3303D 直流稳压电源）。

b) 输入信号u i （三角波）：峰峰值u pp =5V ，频率=200Hz （u i 由DSO-x 2014A 示波器提供）。 c) 用示波器1、2通道同时观测输入、输出电压波形。

1通道观察输入电压波形（作触发源），2通道观察输出电压波形。示波器水平时基归零和垂直位移归零。

用示波器X -Y 模式测量电压传输特性曲线。 （3）实验数据处理

图二、单限电压比较器输入、输出电压波形和电压传输特性曲线

由上图可以看出，输入电压的幅值为

V V

43.22

86.4=，输出的幅值为V u om 8.3=+，V u om 2.5-=-。

图三、单限电压比较器传输特性曲线

由上图可以看出，输出的幅值为V u om 8.3=+，V u om 2.5-=-，输出电压状态转换时u i 的幅值为1.00V 。

2. 滞回电压比较器（反相滞回电压比较器） （1）原理

图四、滞回比较器原理图 原理分析：

电路引入了负反馈，使参考电压在电压变化的不同方向上值不相同：

当u o =+ u om 时，

12

1212

()om REF R R u u u u R R R R ∑∑++==

+++

当u o =－u om 时，

121212

()om REF R R u u u u R R R R ∑∑-

-==+++ （2）实验步骤及方法

参考电压u REF =0，测试步骤、方法同前b ）、c ）、d ）。

（3）实验数据处理

图五、滞回比较器输入输出特性曲线

由上图可以看出，输入电压的幅值为

V V

41.22

82.4=，输出的幅值为V u om 8.3=+，V u om 4.4-=-。

图六、滞回比较器传输特性曲线

由上图可以看出，输出的幅值为V u om 8.3=+，V u om 4.4-=-，输出电压状态转换时u i 的幅值为1.7V 和-2.3V 。

图六、滞回比较器传输特性曲线

3. 窗口电压比较器 （1）原理

图七、窗口比较器原理图

原理分析：本实验电路可以限制输入电压在某一范围时才输出高电压，其余都是低电压，因此叫做双限电压比较器，传输特性曲线很像古时候窗口的形状，因此又叫做窗口电压比较器（个人理解）。

（2）实验步骤及方法

参考电压u REF =±1V ，测试步骤、方法同前b ）、c ）、d ）。 （3）实验数据处理

由于实验仪器中有一只二极管坏了，造成实验的波形只有一半，输出波形中频率增大了一倍，如下图：

图八、仪器损坏时得到的图像

由于实验最后时间仓促（发现电路仪器损坏的时间已是21：20），使用另外的一个电路箱测量时并未重新连接该电路，因此，实验需要测量的有关窗口比较器的图像并未得到。

4.三态电压比较器

（1）原理

图九、三态电压比较器原理图

（2）实验步骤及方法

参考电压u REF=±1V，测试步骤、方法同前b）、c）、d）。

（3）实验数据处理

图十、三态电压比较器输入输出特性曲线

由上图可以看出，输入电压的幅值为

V V

43.22

86.4=，输出的幅值为V u om 64.3=+，V u om 28.3-=-。

图十一、三态电压比较器传输特性曲线

由上图可以看出，输出的幅值为V u om 64.3=+，V u om 28.3-=-，输出电压状态

转换时

u

的幅值为1.00V和-1.00V。

i

四、实验总结

本次实验测试的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、双限比较器（窗口比较器）和三态比较器，通过本次实验可以看出单限反相电压比较器是最基本的实验电路，其他的比较器都是在单限比较器的基础上另外加一些原件来实现需要的功能。

另外，通过本次实验，实验者认识到运算放大器不仅在工作在非饱和区时有很好的应用，工作在饱和区时也有很重要的应用。

五、思考题

1、画出步骤1中参考电压u REF=0V时的电压传输特性曲线。

答：如下图

图十二、思考题1

2、计算步骤2中的回差电压△u=u∑+－u∑-。

答：由图六可知，u∑+=1.7V, u∑-=-2.3V,△u=u∑+－u∑-=1.7+2.3V=4.0V

3、在步骤3中，如果将两个二极管反接，应如何修改电路。画出电路图以及电压传

输特性曲线。

答：电路图如下左图

图十三、思考题3

对应的电压传输特性曲线（若不考虑二极管击穿，认为二极管是理想二极管）为上右图。