模电自主设计实验—同相滞回电压比较器的研究 - 副本

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实验日期节次教师签字成绩

实验名称同相滞回电压比较器的研究

1.实验目的

1.掌握同相滞回电压比较器的电路构成及特点。

2.掌握测试同相滞回电压比较器的方法。

3.掌握同相滞回电压比较器的设计方法。

4.掌握同相滞回电压比较器的仿真方法。

2.总体设计方案或技术路线

1.应用背景

电压比较器是集成运算放大器非线性应用电路，它是对输入信号鉴幅和比较的电路，

是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广乏的应用。

所以本次试验以研究同相滞回电压比较器为基础来了解电压比较器的特性和功能。

2.同相滞回电压比较器

滞回比较器有两个阈值电压，输入电压ui从小变大过程中使输出电压uo产生跃变

的阈值电压U T1，不等于从大变小过程中是输出电压产生跃变的阈值电压U T2，电路

具有回滞特性。

同相滞回电压比较器的电路如图1所示，根据电压传输特性可知，输入电压作用于

同相输入端，uo=U Z

−

+。求解阈值的电压表达式为

u p=

R F

R1+R F

u I+

R1

R1+R F

u O=u N=0±U T=±

R1

R F

U Z

3.实验电路图

图中R F为100 KΩ，R1为10 KΩ，R2为5.1 KΩ4.仪器设备名称、型号

1.示波器 1台

2.直流稳压电源 1台

3.低频信号发生器 1台

4.交流毫伏表 1台

5.万用表 1块

6.模电实验箱 1台5.理论分析或仿真分析结果

理论的传输特性曲线为

R F

R2

6.详细实验步骤及实验结果数据记录

一.基础实验

运放选择LM324芯片，按图1正确连接好电路，并进行如下操作：

1.u I接±5V可调直流电源，调输入电压测出u O由+U OM→−U OM时的u I临界值。并记录U T1到表格1中

2. u I接±5V可调直流电源，调输入电压测出u O由−U OM→+U OM时的u I临界值。并记录U T2到表格1中。

表格1

并且根据以上结果绘制出传输特性曲线：

3.输入幅值u I=1.5V、频率f=500H z的正弦波，观察u I−u O波形并记录如下。

4.将电路中的R F调为200KΩ，输入幅值u I=1.5V、频率f=500H z的正弦波，观察u I−u O

波形并记录如下，并与3的波形进行比较和分析。

波形比较和分析：

二．仿真实验

运用Multisim对同相滞回电压比较器进行波形观测和分析。

（1）仿真电路如图2和图3.图2为R F=100KΩ同相滞回电压比较器的仿真波形，图3为R F=200KΩ同相滞回电压比较器的仿真波形。

图2 R F=100KΩ同相滞回电压比较器输入、输出关系

图3 R F=200KΩ同相滞回电压比较器输入输出关系（2）仿真内容

观察和分析R F变化对输出波形的影响。

R F=500KΩ

R F=100MΩ 下图R F=1MΩ 上图

（3）仿真结果与结论

通过图形比较可知，随R F增大输出波形不断向后移，因此可得出结论：阈值电压随R F增大而增大，当R F=∞时该同相滞回电压比较器相当于同相过零比较器。

7.实验结论

（1）先通过仿真得到波形图形，然后通过逐渐增大R F的值观察到输出波形不断向后移，故可知阈值电压随R F的增大而增大。

（2）在实际电路测量中，用示波器测得输入、输出波形形状与仿真测得一致，只是峰值和阈值有一点点差别，因为实际电路中难免会因导线、元件制作等存在一些误差，但是也发现阈值电压随R F的增大而增大，与仿真所得结果一致。

（3）通过以上实验可知同相滞回电压比较器的电压传输特性，通过实际电路中观察到的输入输出波形可知其运用途径，比如可以用其来进行抗干扰。在实际工程中，工作环境中肯定会有很多的干扰噪声信号，而根据滞回电压比较器的特性可知，只要根据噪声电平适当的选择滞回比较器的两个阈值电压U T1和U T2，滞回比较器就可以不受噪声信号的影响，从而输出想要的波形。

8.实验中出现的问题及解决对策

（1）实验中烧坏了一个LM324N芯片。在连接电路时，由于自己的粗心将芯片的豁口放调了，导致芯片的管脚与试验箱上的不对应，而在接通电路时示波器上没有出现想要的波形，电路便一直连通以便查找原因，最终烧坏了芯片。最后用TLO84芯片代替了LM324芯片进行了实验。

（2）仿真设计电路参数时用的是5V的稳压管，在实验室中没能找到5V稳压管，最终用6V 稳压管代替进行了实验。

（3）在以上问题都解决了后，连接好电路后，检查无误，接通电源后，示波器上并没有出现想要的波形。首先以为是电压源的输出问题，因为我的试验箱上的电源输入插口很松，但是用万用表测得电压值确实是12V，并没有出错；然后就以为是电路接错了，便挨着检查了一遍电路，发现电路也并没有出错。这时，我就只能以为元件可能有错，并不是所需元件，就用万用表对所用电阻和稳压管进行了一一测量，发现元件也并没有出错。这时真的不知道到底哪儿出错了，然后我就仔细看了看示波器上显示的波形，发现输入波形与信号发生器上显示是一致的，那么输入是没有问题的，只是输出波形一直处于一个电压值，大约为5.7V，就说明不管输入电压怎么变化，输出一直稳定与一个特定值，于是就在想到可能是因为输入电压的幅值一直没达到同相滞回电压比较器的阈值，那么这样的话输出电压就不会变，于是试着增大了输入电压的幅值，当幅值增大到1.42V时，示波器上就出现了想要的波形。经过分析后，发现虽然仿真测得输入电压幅值为1V时就可以得到所需波形，但是由于仿真中的元件都是很理想的，在实际电路中的元件都会有误差，而且还有导线上电阻等其他的原因，所以输入电压幅值则需比理想的要大些。通过实验测得输入电压幅值至少要为1.42V，因此在此后实验中，我都是将输入电压的幅值取为1.5V来进行的实验。因此实验后将实验报告进行了修改。