电压比较器与矩形波形发生器

电压比较器与矩形波形发生器

一、实验目的

（1）了解电压比较器的工作原理并熟悉迟滞比较器的原理和功能。

（2）学习用集成运算放大器组成矩形波发生器的工作原理。

（3）掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。

（4）进一步熟悉仿真软件的应用。

二、实验原理及电路

在熟悉放大器的基本运算的基础上了解由运放组成的电压比较器和占空比

可调的矩形波形发生器。

1.电压比较器

电压比较器是用来比较两个电压大小的电路，输入信号为模拟电压，输出信号一般只有高电平和低电平两个稳定状态的电路。利用电压比较器可以将各种周期性信号转换成矩形波形，通常用于越限报警，模数转换和波形变换等场合。

比较器电路中的运放一般工作在开环或正反馈条件下，运放的输出电压只有正和负两种饱和值，即运放工作在非线性状态。在这种情况下，运放输入端“虚短”的结论不再适用，但是“虚断”的结论任然可用（由于运放的输入电阻很大）。其满足如下关系：

当时,（低电平）当时 , （高电平）

（a）具有迟滞特性的过零比较器的电路图

(b) 具有迟滞特性的过零比较器的传输特性

常用的幅度比较器有过零比较器（如上图），具有滞回特性的过零比较器和双线比较器（又称窗口比较器）。这里主要认识一下迟滞比较器。

反相迟滞比较器电路如下图所示，其中将反馈到运放的同相端与一起构成正反馈。其工作原理为：当幅度改变时，A点的电压也将随之改变。若为正

则当后，即，即由正变负。此时A点的电压也变为负值，为一，只有当下降到此值以下时。才能使再度回到高电平。于是可得图（b）所示的迟滞特性。与的差值称为回差，改变即可以改变回差的大小。

反相迟滞比较器

2．波形产生电路

下图是由集成运算放大器构成的输出脉冲宽度可调的矩形波发生器。

（c）宽度可调的矩形波形发生器电路图

设接通电源后输出电压二极管导通，截止，向C充电，充电时间常数为当电容两端电压略大于同相输入端电压时，输入电压跳变为-，二极管截止，导通，电容经向输出端放电，放电时间常数为当略小于时，输出电压跳变为+。如此周而复始进行，随着电容的充放电，输出电压不断翻转，形成矩形波。

输出脉冲高电平的时间为

ln（1+）

输出脉冲高电平的时间为

ln（1+）

振荡频率

占空比

D

可见，调节电位器，改变的大小，既可调节输出脉冲的宽度。但由于受运算放大器上升速率的限制，不能得到太窄的矩形波。

三、实验内容及步骤

本次实验所采用是集成运算放大器为A741。

本实验只做计算机仿真部分。

（1调出如图所示元器件，单击菜单栏的Place，选Component，再从弹出的对话框的Group栏中选Diodes, Family栏中选DIODE，在Component 栏中选1ＢＨ６２，调出二极管。

（２）按图所示电路接线，启动仿真开关。

（３）用示波器测出的波形，画出波形比较他们的关系。

（４）用示波器测出的幅值和频率。

（５）调节电位器，可双击图标将弹出的对话框的Ｋｅｙ栏设置成Ａ，Ｉｎｃｅｒｅｍｅｎｔ栏改成５％。这两个参数可根据需要调节。这样按住“Ａ”键，电位器以５％的速率增长。按住“Ｓｈｉｆｔ＋Ａ”键，电位器则以５％的速率减小。用示波器观察输出电压的变化，当时（占空比Ｄ＝５０％），测量电阻的大小，分析实测值与理论值的误差。

下图为占空比为５０％时的电路输出图

四、实验报告内容

（１）整理实验数据，画出波形图。