滞回比较器

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实验十电压比较器的安装与测试

一．实验目的

1．了解电压比较器的工作原理。

2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。

二．预习要求

1．预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。

2．预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。

三．实验原理

电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。

下面讨论几种常见的比较器电路。

基本过零比较器（零电平比较器）

过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，

+15V

以决定输出电压的极性。电路如图1所示： u i 2 7

放大器接成开环形式，信号u i 从反向端输入，同 μA741 6 u o

相端接地。当输入信号u i < 0时，输出电压u o 为正极限 3 4

值U OM ；由于理想运放的电压增益A u →∞，故当输 ?15V

入信号由小到大，达到 u i = 0 时，即 u ?= u + 的时刻， 输出电压 u o 由正极限值 U OM 翻转到负极限值 ?U OM 。 图 1 反向输入过零比较器

当u i > 0时输出u o 为负极限值 ?U OM 。因此，输出翻转的临界条件是u + = u ? = 0。

即： +U OM u i < 0

u o = （1）

?U OM u i > 0

其传输特性如图2（a ）所示。所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压u i 是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。

o OM OM i

0 u i

-U OM -U OM (a ）理想运放（增益A →∞） （b ）实际运放（增益A ≠∞）

图2 基本过零比较器的传输特性

限大，输入失调电压U OS t

（b ）所示，存在线性区。 假设输入信号u i 为正弦波，在u i 比较器的输出就跳变一次，因此，u o 为正、负 0 t

相间的方波电压，如图 3 所示。 为了使输出电压有确定的数值并改善大信 ?U OM

号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上图3 比较器的输入与输出波形

限幅器。如图4(a)所示。图中：R=1k?， D

Z1、D

Z2

采用5229，U

Z1

= U

Z2

=

4.3V。

o

+U

Z

u

o

3 4 R

?15V D

Z1

u

i

D

Z2

?U

Z

(a) 接上限幅器的比较器（b）电压传输特

性

图4

在图4（b）中：U

Z = U

Z2

+ U

D1

，?U

Z

= U

Z2

+ U

D1

。

此时：

+U

Z u

i

< 0

u o = （2）

-U Z u i > 0

3． 任意电平比较器 1）

差动型任意电平比较器

电路如图5（a ）所示，输入信号u i 加到反向 +15V

输入端，在同相输入端加一个参考电压U REF ，当

u i 2 7 输入电压u i 小于参考电压U REF 时，输出为+U OM ， μA741 6 u o

当输入电压u i 大于参考电压U REF 时，输出为?U OM 。 U REF 3 4 该电路的传输特性如图5（b ）所

示。 ?15V

即： （a ）电路

+U OM u i < U REF

u o = （3）o

?U OM u i > U REF +U OM

与零电平比较器一样，可以根据比较器输出

电压的极性来判断输入信号是大于U

REF

，还是小

U

REF

于U

REF

。对于差动型任意电平比较器来说，其比 0

u

i

较电平U

C 就等于基准电压U

REF

。

2）求和型任意电平比较器 ?U

OM 电路如图6（a）所示，这种电路可以判定

输入信号是否达到或超过某个基准电平。在图6 （b）电压传输特性

（a）电路中，输入信号u

i 和基准信号U

REF

通过图5 反向输入差动型

任意电平比较器

电阻R

1和R

2

作用在运放的反向输入端。用戴维南定理将它们转化成等效

电压源：

和内阻： R′=R

1 // R

2

, 其等效电路如图6（b）所示。

o

+U

OM

U

REF2

2 7 u?

i

R? 2 7

μA741 6 u

o

μA7416 u

o

U

c