电压比较器的安装与测试
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μA7416u o
相端接地。当输入信号u i< 0时，输出电压u o为正极限34
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。
u o u o
+U OM+U OM
0 u i0 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
对于实际运算放大器，由于其增益不是无 u i
限大，输入失调电压U OS不等于零，因此，输
出状态的转换不是突然的，其传输特性如图2 0 t （b）所示，存在线性区。
由以上工作原理可知，比较器中运放的反 u
向输入端和同相输入端的电压不一定相等。+U OM
假设输入信号u i为正弦波，在u i过零时，
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。
+15V u o
u i 2 7 +U Z
μA741 6 u o
R
3 4
15V D0 u
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） u 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： 2
112'R R R U R u u REF i i +?+?= 和内阻： R ′=R 1 // R 2 , 其等效电路如图6（b ）所示。
u o
i +15V +15V +U OM
U REF R 2 2 7 u i R 2 7
μA741 6 u o μA741 6 u o U c
3 4 3 4 0 u i 15V 15V
U OM
（a ）电路图 （b ） 等效电路 （c ）电压传输特性
图6（其中R 1、R 2分别取2k ）
由于u + = 0，根据输出翻转的临界条件u + = u = 0，故由u
i = 0，可求得比较电平： REF C U R R U 2
1-= (4) 因此，比较器的输出电压为：
OM u i < U C
u o = （5） U OM u i > U C
电压传输特性如图6 （c ）所示。 +15V
3．窗口比较器 2 7
如果要判别输入信号电压u i 是否进入某一定 U REF1 A 1 6
范围，则可以用图7（a ）所示的窗口比较器来进 3 4 D 1
行判别。该窗口比较器是由一个反向输入差动任 u i 15V u o 意电平比较器和另一个同相输入差动任意电平比 +15V
较器适当地组合而成。 2 7 D 2 R
假定U REF1> U REF2，则当u i < U REF1时，A 1输 A 2
出为+U OM ，A 2输出为U OM ，D 1导通，D 2截止， U REF2 3 4
输出电压u o = +U OM ；当U REF2 > u i > U REF1时，A 1 15V
和A 2的输出都是U OM ，D 1、D 2都截止，输出电压 （a ）窗口比较器电路
u o = 0；当u i > U REF2时，A 1输出为U OM ，A 2输出 u o
为+U OM ，D 1截止，D 2导通，输出电压u o = +U OM ； +U OM
其电压传输特性如图7（b ）所示。
由图中传输特性可知，当输入电压u i 处于U REF1 U REF1 0 U REF2 u i
和U REF2之间时，输出为0，而当输入电压的值处于
U REF1和U REF2之外时，输出为+U OM 。注意：在图7 （b ）电压传输特性
电路中，运算放大器的输出端不能直接相连，因为 图7 (D 1、D 2用IN4148，R=1k ) 当两个运放输出电压的极性相反时，将互为对方提供低阻抗通路而导致运算放大器烧毁。
4．滞回比较器（施密特触发器） +15V
在任意电平比较器中，如果将集成运放的输 u i 2 7
出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反 μA741 6 u o 馈，就可以构成滞回比较器，如图8 (a) 所示。 3 4
它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。 U REF R 1 R 2 15V
从图8（b ）中可知，它的门限电压为：
REF REF o C U R R R U u u U ++-==++2
11)( (a) 滞回比较器 2
121R R R U R u REF o +?+?= u o 而u o = ±U OM ，根据上式可知，它有两个门 +U OM
限电压（比较电平），分别为上门限电压U H 和下
门限电压U L ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽
度。即： 0 U L U H u i
△U=U H – U L （6）
当集成运放的输出为+U OM 时，通过正反馈支 U OM
路加到同相输入端的电压为： (b) 电压传输特性
图8（R 1=2k ，R 2 =10k ，U REF =1.5V ） OM U R R R 2
11+ 则同相输入端的合成电压为：
REF OM U R R R U R R R U 2
12211+++=+ = U H （上门限电压） （7） 当u i 由小到大，达到或大于上门限电压U H 的时刻，输出电压u o 才从+U OM 跃变到U OM ，并保持不变。此时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：
OM U R R R 2
11+- 此时同相输入端的合成电压为：
REF OM U R R R U R R R U 2
12211+++-=+ = U L （下门限电压） （8） 当u i 从大变小，在u i 达到或稍小于U L 的时刻，输出电压u o 又从U OM 跃变到+U OM ，并保持不变。
根据（7）和（8）式，可求得迟滞宽度为：
OM L H U R R R U U U 2
112+=-=? (9) 由上式可知，迟滞宽度与参考电压U REF 无关，改变R 1或R 2的值，就可以改变门限电压或迟滞宽度△U 的大小。
若U REF = 0 ，图8 就成为零电平施密特触发器，其上门限电压U H 为：
OM H U R R R U 2
11+= (10) 下门限电压U L 为：OM L U R R R U 211+-
= (11) 迟滞宽度△U 仍然由（9）式决定，与U REF 无关。
四．实验设备
名 称
型 号 与 规 格 数 量 示波器 日立V —252
1
直流稳压电源JWD—2型1
函数发生器GFG—8016G1
五．实验内容
1．零电平检测器的设计与测试
用A741设计一个接有限幅器的反相输入零电平检测器。输入频率f ＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正、负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
2．任意电平比较器的设计与测试
1）用A741设计一个接有限幅器的反相输入差动型任意电平比较器。U REF1 =1.5V，输入频率f ＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
2）用A741设计一个接有限幅器的反相输入求和型任意电平比较器。U REF1 =1.5V，输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。+15V
3．窗口比较器的设计与测试+15V 2 7
用A741设计一个窗口比较器（参考图A1 6
9电路，图中：R=1k，R1=10k，R2=4k，R1 3 4 D1
R3=1k，D1、D2为IN4148）。U REF1=5V，U REF1 u i 15V u o
U REF2 =1V，输入频率f＝300Hz的正弦信号，R2+15V
逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间U REF2 2 7 D2 R
的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出R3 A2 6
波形u o和电压传输特性。 3 4
4．滞回比较器的设计与测试15V
用A741设计一个任意电平反相施密特图9 窗口比较器实验电路
触发器，要求u op-p=±U Z。输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
六．实验报告要求
1．画出每个标有元件值的实验电路图。
2．画出所观测到的输入、输出波形和电压传输特性曲线。并计算出每个实验内容的比较电平。
3．计算出滞回比较器的上门限电压U H和下门限电压U L。
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
电压比较器实验报告
85 专业：电气工程卓越 人才 姓名：卢倚平 学号： ________ 验 … 一 二、实验内容 五、思考题及实验心得 一、实验目的 了解电压比较器与运算放大器的性能区别: 二、实验数据记录、处理与分析 ①【过零电压比较器电路】 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率 的双极性矩形波。常用于测量正弦波的频率相位等。当输入电压in< 输出out = 0L ；反之，当输入电压in N out 时，输出out = OH 。 实验仿真: 课程名称: 电路打电r 技术实於 指导老师: 周箭 成绩: 实验名称: 电压比较器及其应用 实验类型: 电子电路实验同组 学生姓名: 邓江毅 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 一、实验目的 2. 举握电压比较器的结构及特点; 3. 掌握电压比较器电圧传输特性的测试方法: 4. 学习比较器在电路设计中的应用。
不疲器?5（￡C1I JS J 时同270.001ms 270.001 ms 0.000s JIf 「反向—] 通道 上 ?4.998 V -4.998 V 0.000 V 通道丿 -17.847V -17.847 V 0.000 V H as 12^1 时基_ 标度：10 msX）iv X轴位移（格）：0 通ilA 刻度： 20 VQ2 Y轴位移 （格）：0 通ilB ____ 刻度：5 VQiv Y轴位移 （榆：0 L保Q外触发 触发 边沿：SB 0回国] 水 平：0 ~ 实测实验记录: 由于时间不足，没有做过零比较器的相关实测 ②【基本单门限比较器电路】 单门限比较器的输入信号Vin接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电 压Vref （门限电平）。当输入电压Vin>Vref 输出为高电平VOH:当输入电压Vin 电压比较器电路图 单限比较器电路 OH。图1B为其传输特性。 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件RT的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，UO为 高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，UO输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。 图3 迟滞比较器 图1 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 图2 图3为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U4<，U5=，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通 的。当电网电压大于242V时，U4>，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4 电压比较器工作原理及应用实例 时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏 来源：https://www.360docs.net/doc/507424896.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图 1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 四电压比较器LM339的8个典型应用例子 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。 Verilog HDV 数字设计与综合 实验报告 微电子0901班 姓名：袁东明 _ 学号：_04094026 一、实验课题： 1.八选一数据选择器 2.四位数据比较器 二、八选一数据选择器Verilog程序： 2.1主程序 module option(a,b,c,d,e,f,g,h,s0,s1,s2,out); input [2:0] a,b,c,d,e,f,g,h; input s0,s1,s2; output [2:0] out; reg [2:0] out; always@(a or b or c or d or e or f or g or h or s0 or s1 or s2) begin case({s0,s1,s2}) 3'd0 : out=a; 3'd1 : out=b; 3'd2 : out=c; 3'd3 : out=d; 3'd4 : out=e; 3'd5 : out=f; 3'd6 : out=g; 3'd7 : out=h; endcase end endmodule 2.2激励程序 module sti; reg [2:0] A,B,C,D,E,F,G,H; reg S0,S1,S2; wire [2:0] OUT; option dtg(A,B,C,D,E,F,G,H,S0,S1,S2,OUT); initial begin A=3'd0;B=3'd1;C=3'd2;D=3'd3;E=3'd4;F=3'd5;G=3'd6;H=3'd7;S0=0;S1=0;S2=0; #100 A=3'd0;B=3'd1;C=3'd2;D=3'd3;E=3'd4;F=3'd5;G=3'd6;H=3'd7;S0=0;S1=0;S2=1; #100 A=3'd0;B=3'd1;C=3'd2;D=3'd3;E=3'd4;F=3'd5;G=3'd6;H=3'd7;S0=0;S1=1;S2=0; #100 A=3'd0;B=3'd1;C=3'd2;D=3'd3;E=3'd4;F=3'd5;G=3'd6;H=3'd7;S0=0;S1=1;S2=1; #100 A=3'd0;B=3'd1;C=3'd2;D=3'd3;E=3'd4;F=3'd5;G=3'd6;H=3'd7;S0=1;S1=0;S2=0; #100 A=3'd0;B=3'd1;C=3'd2;D=3'd3;E=3'd4;F=3'd5;G=3'd6;H=3'd7;S0=1;S1=0;S2=1; 实验报告 课程名称：___模拟电子技术实验____________指导老师：_ ___ _成绩：__________________ 实验名称：________实验类型：_EDA___________同组学生姓名：__ __ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一. 实验目的 1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别； 2．掌握电压比较器的结构及特点； 3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法； 4．学习比较器在电路设计中的应用。 二. 实验内容 1 .过零电压比较器 2 .单门限电压比较器 3 .滞回电压比较器 4 .窗口电压比较器 5 .三态电压比较器 三．实验原理 比较器的输出结构 集电极开路输出比较器 集电极/发射极开路输出比较器 漏极开路输出比较器 推挽式输出比较器 ● 过零电压比较器电路 : 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率的双极性矩形波。常用于测量正弦波的频率相位等。当输入电压 时，输出 ；反之，当输入电压 时，输出 。 ● 基本单门限比较器电路 单门限比较器的输入信号V in 接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电压V ref （门限电平） 。当输入电压V in >V ref 时，输出为高电平V OH ；当输入电压V in 2位二进制数据比较器实验报告 一 实验目的? 1.熟悉Quartus II 软件的基本操作 2.学习使用Verilog HDL 进行设计输入 3.逐步掌握软件输入、编译、仿真的过程 二 实验说明? 输入信号 输出信号 A1 A0 B1 B0 EQ LG SM 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 逻辑表达式： 三 实验要求? 1、完成2位二进制数据比较器的Verilog HDL 程序代码输入并进行仿真 2、采用结构描述方式和数据流描述方式 3、完成对设计电路的仿真验证 A1 A0 EQ B1 comp_2 LG B0 SM 本次实验是要设计一个2位的二进制数据比较器。该电路应有两个数据输入端口A 、B ，每个端口的数据宽度为2 ，分别设为A0、A1和B0、B1、A0、B0为数据低位， 、B1为数据高位。电路的输出端口分别为EQ （A=B 的输出信号）、LG （A>B 时的输出信号）和SM （A 四、实验过程 1 程序代码 (1) module yangying(A,B,EQ,LG,SM); input [1:0]A,B; output EQ,LG,SM; assign EQ=(A==B)1'b1:1'b0; assign LG=(A>B)1'b1:1'b0; assign SM=(A 模拟电子技术自主设计实验 姓名：林启震班级：04101 学号1120410121 实验日期：5.27 台号：教师签字： 电压比较器 一、实验目的 1、掌握电压比较器的分析及其计算 2、学习测试比较器的方法 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、直流电源。 三、实验原理及测量方法 电压比较器（通常称为比较器）的功能是比较两个电压的大小。例如，将一个信号电压Ui和另一个参考电压Ur进行比较，在Ui>Ur和Ui (a )电路图 (b )电压传输特性曲线 图2 反向滞回电压比较器 电压比较器的特性可以用电路的传输特性来描述，它是指输出电压与输入电压的关系曲线，如图1(b )为过零比较器的电压传输特性曲线。 可以看出，当输入电压从低逐渐升高或从高逐渐降低经过0电压时，Uo 会从一个电平跳变为另一个电平，称0为过零比较器的阈值。阈值定义为当比较器的输出电平从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压值。 滞回电压比较器的电压传输特性曲线如图2(b )所示。 曲线表明，当输入电压由低向高变化，经过阈值1TH U 时，输出电平由高电平(Uz )跳变为低电平(-Uz )。 2123z TH R U U R R = + 当输入电压由高向低变化，经过阈值2TH U 时，输出电平由低电平(-Uz)跳变为高电平(Uz)。 2123z TH R U U R R -= + 3、电压比较器的测试 测试过零比较器时，可以用一个低频的正弦信号输入至比较器中，直接用双踪示波器监看输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于零、小于零时，输出的高、低电平变化波形，即将正弦波变换为方波。 滞回电压比较器测试时也可由用同样的方法，但在示波器上读取上、下阈值时，误差较大。采用直流输入信号的方案较好，调节输入信号变化，测出输出电平跳变时对应的输入电压值即为阈值。 四、实验内容 1、 过零比较器 （1）连接图1（a ）实验电路，检查无误后，接通12V ±直流电源 （2）测量当Ui 悬空时，Uo 的值 （3）调节信号源，使输出频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录 （4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，用示波器观察Uo 变化，测出电压传 `实验报告 课程名称：电路与电子技术实验指导老师：成绩： 实验名称：电压比较器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名： 一、实验目的二、实验内容 三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析 五、思考题及实验心得 一、实验目的 1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别； 2．掌握电压比较器的结构及特点； 3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法； 4．学习比较器在电路设计中的应用。 二、实验内容及原理 实验内容 1．设计过零电压比较器电路，反相输入端接地，同相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。 2．设计单门限电压比较器电路，同相输入端接1V直流电压，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量3．并绘制输出波形和电压传输特性曲线。 4．设计反相输入（下行）滞回电压比较器，反相输入端接1kHz、1V正弦波信号，测量并绘制输出波形 和电压传输特性曲线。 5．设计窗口电压比较器电路，输入为1kHz、5V三角波信号，设置参考电压Vref1为1V直流电压，参考电压Vref2为4V直流电压，测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。 6．设计三态电压比较器电路，输入电压信号Vin为1kHz、5V三角波信号，当输入Vin 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μA7416u o 相端接地。当输入信号u i< 0时，输出电压u o为正极限34 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。 电压比较器（以下简称比较器）就是一种常用得集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F 变换电路、 A ／D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用得电压比较器。 什么就是电压比较器 简单地说，电压比较器就是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较得，这里不介绍）,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1（a）就是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“ + ” 端）及反相输入端（“一”端）,有一个输出端Vou t （输出电平信号）。另外有电源V+ 及地（这就是个单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VB。V A与VB得变化如图1（b ）所示。在时间0~ t 1时,V A > V B ;在上1?t 2时,V B > VA ;在上2~t3时,V A> VB。在这种情况下，Vo u t得输出如图1 （c）所示：V A>VB 时，Vou t输出高电平（饱与输出）；V B >V A时，V o u t输出低电平。根据输出电平得高低便可知道哪个电压大. 如果把V A 输入到反相端，V E 输入到同相端，VA 及V B 得电压变化仍然如图1(b)所示则Vout 输出如图1(d )所示.与图 1 (c )比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与 VA 、VE 得输入 端有关。 图2⑻就是双电源(正负电源)供电得比较器?如果它得 VA 、VB 输入电压如图1 (b )那样，它得输出特性如图2(b)所示。VB > V A 时,Vou t 输出饱与负电压。 国1 ■KT \ I V 咚庄 电压比较器电路。 电压比较器是比较两个电压和开关输出或高或低的状态，取决于电压较高的电路。一个基于运放电压比较器上显示。图1显示了一个电压比较器的反相模式图显示了在非反相模式下的电压比较。 电压比较器 非反相比较 在非反相比较器的参考电压施加到反相输入电压进行比较适用于非反相输入。每当进行比较的电压(Vin)以上的参考电压进入运放的输出摆幅积极饱和度(V+)，和副反之亦然。实际上发生了什么是VIN和Vref(VIN-VREF)之间的差异，将是一个积极的价值和由运放放大到无穷大。由于没有反馈电阻Rf，运放是在开环模式，所以电压增益(AV)将接近无穷。+所以最大的可能值，即输出电压摆幅，V。请记住公式AV=1+(Rf/R1)。当VIN低于VREF，反向发生。 反相比较 在相比较的情况下，参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。每当输入电压(Vin)高于VREF，运放的输出摆幅负饱和。倒在这里，两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。记住公式AV=-Rf/R1。在反相模式下的电压增益的计算公式是AV=-Rf/R1.Since没有反馈电阻，增益将接近无穷，输出电压将尽可能即负，V-。 实际电压比较器电路 一种实用的非基于UA741运放的反相比较器如下所示。这里使用R1和R2组成的分压器网络设置参考电压。该方程是VREF=(五+/(R1+R2)的)×R2的。代入这个方程电路图值，VREF=6V。当VIN高于6V，输出摆幅?+12V直流，反之亦然。从A+/-12V 直流双电源供电电路。 电压比较器的使用741 一些其他的运放，你可能会感兴趣的相关电路 1求和放大器：总结放大器可以用来找到一个信号给定数量的代数和。 2。集成使用运放：对于一个集成的电路，输出信号将输入信号的积分。例如，一个集成的正弦波使余弦波，方波一体化为三角波等。 3。反相放大器：在一个反相放大器，输出信号将输入信号的倒版，是由某些因素放大。 4，仪表放大器：这是一个类型的差分放大器输入额外的缓冲阶段。输入阻抗高，易于匹配结果。仪表放大器具有更好的稳定性，高共模抑制比(CMRR)，低失调电压和高增益。 `实验报告 课程名称： 电路与电子技术实验 指导老师： 周箭 成绩： 实验名称： 电压比较器及其应用 实验类型： 电子电路实验 同组学生姓名： 邓江毅 一、实验目的 二、实验内容 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 五、思考题及实验心得 一、实验目的 1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别； 2．掌握电压比较器的结构及特点； 3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法； 4．学习比较器在电路设计中的应用。 二、实验数据记录、处理与分析 ① 【过零电压比较器电路】 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率的双极性矩形波。常用于测量正弦波的频率相位等。当输入电压 时，输出；反之，当输入电压时，输 出 。 实验仿真: 专业：电气工程卓越人才 姓名： 卢倚平 学号： 3150101215 日期： 4.1 地点： 东3 404 85 实测实验记录： 由于时间不足，没有做过零比较器的相关实测 ②【基本单门限比较器电路】 单门限比较器的输入信号Vin 接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电压Vref（门限电平）。当输入电压Vin>Vref 时，输出为高电平VOH；当输入电压Vin 专业：电气工程卓越人 才 `实验报告 课程名称：电路与电子技术实验指导老师：周箭成绩： 实验名称：电压比较器及其应用实验类型：电子电路实验同组学生姓名： 邓江毅 一、实验目的二、实验内容 三、主要仪器设备四、实验数据记录、处理与分析 五、思考题及实验心得 一、实验目的 1．了解电压比较器与运算放大器的性能区别； 2．掌握电压比较器的结构及特点； 3．掌握电压比较器电压传输特性的测试方法； 4．学习比较器在电路设计中的应用。 二、实验数据记录、处理与分析 ①【过零电压比较器电路】 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率的双极性 矩形波。常用于测量正弦波的频率相位等。当输入电压V in≤V out时，输出V out=V OL； 反之，当输入电压V in≥V out时，输出V out=V OH。 实验仿真: 85 实测实验记录： 由于时间不足，没有做过零比较器的相关实测 ②【基本单门限比较器电路】 单门限比较器的输入信号Vin 接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电压Vref （门限电平）。当输入电压Vin>Vref 时，输出为高电平VOH；当输入电压Vin 实验仿真 实测实验记录 (未接上拉电阻） （接了上拉电阻） （电压传输特性曲线） （改变比较电压Vref=2.52V） (改变边角电压Vref=-2.52V) （输入方波） （放大） 改变输入正弦波的频率进行测量： （输入正弦波20KHZ） （输入正弦波50Khz） （输入正弦波100KHZ） （输入正弦波500KHZ） 改用运放LM358： （输入正弦波1KHZ） 电压比较器及其应用 电压比较器及其应用 在最常用的简单集成电路中，电压比较器仅次于排名第一的运算放大器而排名第二。各类教科书及相关出版物中可以经常看到关于运算放大器的理论、设计和使用方法的知识内容，而关于比较器的知识内容明显较少。我们在中等职业技术教学中，补充了一些知识内容，弥补这些不足。 一、电压比较器简介 电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。其功能是比较两个输入电压（或者说一个基准电压和一个待比较电压）的大小，并用输出电压的高电平或低电平，表示两个输入电压比较的结果：当“＋”输入端（同相输入端，下同）电压高于“－”输入端（反向输入端，下同）时，输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，输出为低电平。电压比较器可以用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形的产生和变换等。利用电压比较器可将正弦波变换为同频率的方波或矩形波。 电压比较器的输入是线性量，而输出是开关量（高电平或低电平）。一般应用中，可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。所有的运算放大器都可用作电压比较器，例如LM324、LM358、μ A741、TL081、OP27等，这些都可以做成电压比较器。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合。 电压比较器有的使用单电源工作，如图1所示。有的单电源和双电源都可以使用，图2所示使用的就是双电源。我们经常使用的四电压比较器LM339，既可使用最大值36V的单电源，也可使用±18V的双电源。电压比较器的输出端，有的自身可以输出高电平及低电平，例如输出级采用推挽式结构的；而有的电压比较器输出级是一只集电极开路的三极管，称作集电极开路输出，参见图3。也有场效应管漏极开路输出型，与集电极开路输出型类似。对于集电极开路输出和漏极开路输出的电压比较器，使用时要连接上拉电阻R，输出端才可能有高电平，如图4所示。上拉电阻R一端连接在比较器的输出端，另一端则有两种选择：一是连接在 芯片自身的电源端Vcc上， 如图4a，二是连接至另一独 立电源，如图4b中的Vcc2 上。其中第二种连接方法可 以用来改变传输电平，用低电平逻辑控制高电平逻辑，或者相反。 二、电压比较器应用中的问题 普通电压比较器的结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，例如图5所示的电压比较器电路，我们向“－”输入端施加一个缓慢变化的信号V in，当该信 ｀实验报告 课程名称: 电路与电子技术实验指导老师: 成绩: 实验名称:电压比较器及其应用实验类型:电子电路实验同组学生姓名： 一、实验目得二、实验内容 三、主要仪器设备?????四、实验数据记录、处理与分析 五、思考题及实验心得 一、实验目得 １.了解电压比较器与运算放大器得性能区别； 2．掌握电压比较器得结构及特点; ３．掌握电压比较器电压传输特性得测试方法; ４．学习比较器在电路设计中得应用。 二、实验内容及原理 实验内容 1。设计过零电压比较器电路,反相输入端接地，同相输入端接1kHz、１V正弦波信号,测量并绘制输出波形与电压传输特性曲线。 2。设计单门限电压比较器电路,同相输入端接１V直流电压,反相输入端接1kHｚ、1Ｖ正弦波信号，测量3。并绘制输出波形与电压传输特性曲线. ４．设计反相输入（下行）滞回电压比较器，反相输入端接1kHｚ、1V正弦波信号,测量并绘制输出波形与电压传输特性曲线。 5。设计窗口电压比较器电路,输入为１kHz、5Ｖ三角波信号,设置参考电压Vrｅf1为1V直流电压,参考电压Ｖｒef2为4Ｖ直流电压,测量并绘制输出波形与电压传输特性曲线． 6。设计三态电压比较器电路,输入电压信号Ｖiｎ为1kHｚ、5Ｖ三角波信号,当输入Vin〈Vreｆ2时,输出Vout=VOL;Vin＜Vreｆ1时，输出Vout=VOH。 实验原理 电压比较器（简称为比较器）就是对输入信号进行鉴幅与比较得集成器件,它可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平与低电平两种状态得离散信号。可用作模拟电路与数字电路得接口,也可用作波形产生与变换电路等。比较器瞧起来像就是开路结构中得运算放大器，但比较器与运算放大器在电气性能参数方面有许多不同之处。运算放大器在不加负反馈时,从原理上讲可以用作比较器,但比较器得响应速度比运算放大器快，传输延迟时间比运算放大器小,而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMＯS等数字集成电路。但在要求不高情况下也可以考虑将某些运算放大器(例如:LＭ324、ＬM358、μA741、ＴL0８1、OP07、OP２7等)当作比较器使用.常见得比较器电路有过零比较器、门限比较器、滞回比较器、窗口比较器与三态比较器等。常用得电压比较器有: LM33９、LＭ3９３、LM311等． 比较器瞧起来像就是运算放大器得开环应用,运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器,但比较器与运算放大器之间有许多明显得不同之处.因此只有在特殊得情况下,可将运算放大器当作比较器使用。 运算放大器就是一种为在负反馈条件下工作所设计得电子器件,其设计重点就是保证在负反馈条件下得稳定性，压摆率与最大带宽等.通常运算放大器得开环增益非常高，在开环情况下只能处理输入差分电压 霍尔测速 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 下面以常见的玩具电机作为测速对象，用CS3020设计信号获取电路，通过电压比较器实现计数脉冲的输出，既可在单片机实验箱进行转速测量，也可直接将输出接到频率计或脉冲计数器，得到单位时间内的脉冲数，进行换算即可得电机转速。这样可少用硬件，不需编程，但仅是对霍尔传感器测速应用的验证。 1 脉冲信号的获得 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图1所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。 图1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2 硬件电路设计 测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。 实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo 将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等 四、实验内容 1、过零电压比较器 （1）如图5所示在运放系列模块中正确连接电路，并接通±12V电源。 图5 过零比较器 lm339应用电路图：LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器电压比较器电路图
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