实验十二 电压比较器

实验十二电压比较器

学院：信息科学与技术学院专业：电子信息工程

姓名：刘晓旭

学号：2011117147

一．实验目的

1.掌握电压比较电路的分析及计算

2.学会测试电压比较器的方法

二．实验仪器

双踪示波器，信号发生器，数字发生器，直流电源

三．预习要求

1.复习电压比较器的工作原理

2.计算图1实验电路的阈值，画出电路的电压传输特性曲线

3.分析各实验电路，画出当输入为正弦波时的输出波形图。

4.根据实验内容自拟实验数据记录表格。

四．实验原理

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u i 和另一参考电压U R 进行比较，在u

I >U

R

和u

I

R

两种不同

情况下，电压比较器输出两个不同的电平，即高电平和低电平。常用的电压比较器有简单电压比较器、滞回电压比较器和窗口电压比较器。

1.过零比较器

过零比较器是将信号电压u

I

与参考电压零进行比较。如图1所示，电路由集成运放构成。对于高质量的集成运放而言，其开环电压放大倍数很大，输入

偏置电流、失调电压都很小。若按理想情况（A od=∞，I

IB =0，U

IO

=0）考虑时，

则集成运放开环工作时，

当u

i

> 0 时，u o 为低电平

u

i

< 0 时，u o 为高电平

集成运放输出的高低电平值一般为最大输出正负电压值U

0m 。

图1.过零比较器

2.滞回电压比较器

滞回电压比较器是由集成运放外加反馈网络构成的正反馈电路，如图 2 所示。 u i 为信号电压，U R 为参考电压值，输出端的稳压管使输出的高低电平值为±U Z 。可以看出，此电路形成的反馈为正反馈电路。

图2反相滞回电压比较器

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，当输出电压从低逐渐升高或从高逐渐降低讲过0电压时，u o 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U TH1时，输出电平由高电平跳变为低电平。

3

221

R R U R U Z

TH += 当输入电压从高向低变化经过阈值U TH2时，输出电压由低电平跳变为高电平，

3

222R R U R U Z

TH +-=

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视输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于0，小于0时，输出的高低电平变化波形，即将正弦波变换成方波。

滞回电压比较器测试时也可以用同样的方法，但是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，测试输出电平跳变时对应的输入电压值即为阈值。

五．实验内容

1.（1）连接图1实验电路，检查无误后，接通±12V 直流电源。

（2）测量当 u i 悬空时，u o 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u i端，用示波器观察比较器的输入u i 与输出u o 波形并记录。

（4）改变信号发生器的输出电压u i 幅值，用示波器观察u o 变化，测出电压传输特性曲线。

2.（1）连接图2所示实验电路，接通直流电压源，测出 u0 由高电平变为低电平时的阀值。

（2）同上，测出u o 由低电平跳变为高电平时的阀值。

（3）将信号发生器接入u i，并使之输出频率为500Hz，电压有效值为1V 的正弦信号，用示波器观察并记录u i 和u o波形。

3.同相滞回比较器

（1）连接实验电路，参照反相滞回比较器的测试方法自拟实验步骤及方法。

（2）将实验结果与反相滞回比较器的理论分析结果进行比较，分析误差产生原因。

六．解答

1.（1)电路仿真原理图如下图所示：

（2）当U i悬空时，U0=2.911v

（3）输入正弦波信号，得到如下图所示的波形：

（4）当输入电压的幅值发生变化时，输出电压的幅值不变，但电压传输特性变化。

下图为输入电压为13V时，输出电压和输入电压的波形。

随着输入电压越来越大，输出电压也随之变化，下图为输入电压为33v 时的输入输出波形。

结论：

当Ui<0时，Uo=-2.911V，当Ui>0时，Uo=2.911V

过零比较器是单限比较器的一种，过零，其阈值电压为零，也就是说当电压 Ui小于0时，Uo为正的稳压管的导通电压，反之，电压Ui大于0时其值为负的稳压管导通电压，其后的电阻R2是为了防止输出电流过大。

2.反相滞回比较器

其电路仿真如下图所示：

输出波形如下所示：

根据输出U

o 与U

i

的交点可得到阀值，由上图可得到阀值电压分别为：-1.1V（低

电平跳高电平），1.0V（高电平跳低电平）与理论值U TH1=-U z1*R4/（R2+R4）=9.7V/11=0.9V，U TH2=-U z2*R4/（R2+R4）=-8.4V/11=-0.8V基本符合。

3.同相滞回比较器

电路原理图如下所示：