实验十 电压比较器及波形发生电路
模电实验-电压比较器
实验九电压比较器一、实验目的1.掌握比较电路的电路构成及特点。
2.学会测试比较电路的方法。
二、实验原理电压比较器是对输入信号进行鉴幅和比较的电路，就是将一个模拟电压信号去与一个参考电压信号相比较，当两者相等时，输出电压状态将发生突然跳变。
常见的比较器类型有：过零电压比较器、滞回电压比较器等。
三、实验设备与器件1.双踪示波器2.信号发生器3.数字万用表四、实验内容1.过零比较器实验电路如图9－1所示图9－1 过零比较电路(1)按图接线，Vi悬空时的测量Vo电压。
(2)Vi输入500Hz有效值为1V的正弦波，观察Vi-Vo的波形并记录。
(3)改变Vi幅值，观察Vo变化。
2.反相滞回比较电路实验电路如图9－2所示图 9－2 反相滞回比较电路(1)按图接线，并将RF调为100K，Vi接DC电压源，测出Vo由+Vom→-Vom 时Vi的临界值。
(2)同上，Vo由-Vom→+Vom(3)Vi接500Hz，有效值为1V的正弦信号，观察并记录Vi-Vo波形。
(4)将电路中RF调为200K，重复上述实验。
3.同相滞回比较器实验线路如图9－3所示图9－3 同相滞回比较电路(1)参照2自拟实验步骤及方法。
(2)将结果与2相比较。
五、实验总结1.整理实验数据及波形图，并与预习计算值比较。
2.总结几种比较电路特点。
六、预习要求1.分析图9－1电路，回答以下问题⑴．比较电路是否要调零？原因何在？⑵．比较电路两个输入端电阻是否要求对称？为什么？⑶．运放两个输入端电位差如何估计？2.分析图9－2电路，计算：⑴．使Vo由+Vom变为-Vom 的Vi临界值。
⑵．使Vo由-Vom变为+Vom的Vi临界值。
⑶．若由Vi输入有效值为1V正弦波，试画出Vi-Vo的波形图。
3.分析图9－3电路，重复2的各步。
4.按实验内容准备记录表格及记录波形的座标纸。
实验十波形发生器一、实验目的1、学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
实验十 电压比较器及波形发生电路
U om
7．锯齿波发生电路 锯齿波与三角波的区别是，后者上升和下降的斜率相等，而前者上升和下降的斜 率不相等（通常相差很多） 。因此，只要使三角形产生电路中的电容的充电与放电回 路不同，便可得到锯齿波发生电路。 参照实验电路图 10-7。 实验内容 1．过零比较器 （1）连接图 10-1（a）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。 （3）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．反相滞回比较器 （1）连接图 10-2（a）所示实验电路，接通直流电压源，测出u 0 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。 并使之输出频率为 500Hz， 电压有效值为 1V的正弦信号， （3） 将信号发生器接入u i ， 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）连接图 10-3 所示实验电路，参照反相滞回比较器的测试方法自拟实验步骤及方 法。
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 <U 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 10-1（a）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 om
波形产生电路实验报告
波形产生电路实验报告一、实验目的1. 通过实验掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法；2. 通过实验掌握由集成运放构成的方波（矩形波）和三角波（锯齿波）振荡电路的原理与设计方法。
二、实验内容 1. 正弦振荡电路 实验电路图如下图所示，电源电压为。
U1ALF347N321141R116kΩR216kΩR310kΩR410kΩC10.01µF C20.01µF R847kΩKey=A 37.9 %D2D1212VVDD -12VVCCVDD5341（1）缓慢调节电位器，观察电路输出波形的变化，解释所观察到的现象。
（2）仔细调节电位器，使电路输出较好的正弦波形，测出振荡频率和幅度以及相 对应的之值，分析电路的振荡条件。
（3）将两个二极管断开，观察输出波形有什么变化。
2. 多谐振荡电路（1）按图 2 安装实验电路（电源电压为±12V ）。
观测、波形的幅度、周期（频率）以及的上升时间和下降时间等参数。
（2）对电路略加修改，使之变成矩形波和锯齿波振荡电路，即为矩形波，为锯齿波。
要求锯齿波的逆程（电压下降段）时间大约是正程（电压上升段）时间的 20％ 左右。
观测、的波形，记录它们的幅度、周期（频率）等参数。
3. 设计电路测量滞回比较器的电压传输特性。
三、预习计算与仿真 1. 预习计算 （1）正弦振荡电路 由正反馈的反馈系数为：f 1120o013V Z F Z Z V j ωωωω•••===+⎛⎫+- ⎪⎝⎭由此可得RC 串并联选频网络的幅频特性与相频特性分别为200231⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ωωωωF0F arctan3ωωωωφ-=-易知当RC10==ωω时，•f V 和•o V 同相，满足自激振荡的相位条件。
若此时f 3v A >，则可以满足f 1v A F >，电路起振，振荡频率为000111994.7Hz 1.005ms 2216k 10nF f T RC f ππ=====⨯Ω⨯，。
电压比较器的研究实验报告
电压比较器的研究实验报告一、实验目的1. 熟练掌握电压比较器的基本概念和工作原理。
2. 理解电压比较器的功能及应用。
3. 学会使用实验仪器和设备进行实验操作。
二、实验原理电压比较器是一种电子元件，它能够对两个电压信号进行比较，并输出高电平或低电平信号。
电压比较器通常用来检测信号是否具有特定的电平或达到某个预定阈值。
电压比较器的常用类型有两种：基本电压比较器和差分电压比较器。
基本电压比较器通常由一个运放、一个反馈电阻和一个比较电阻组成。
差分电压比较器则由两个输入端口和一个输出端口组成。
当两个输入信号的差距超过阈值时，输出端口会产生一个电压信号。
在实际应用中，电压比较器广泛用于检测和控制电子设备的运行状态，例如测量温度、湿度、压力等物理量，以及反馈控制系统、功率转换器等领域。
三、实验仪器和设备1. 示波器2. 功能信号发生器3. 电压比较器芯片4. 电阻箱5. 实验电路板四、实验步骤1.根据实验原理接线图，搭建实验电路并连接所需仪器和设备。
2.将功能信号发生器的输出端口分别接入电压比较器的两个输入端口。
3.将示波器的探针连接到电压比较器的输出端口并打开示波器。
4.依次调整功能信号发生器的频率和幅度，观察比较器输出端口的电压变化，并记录数据。
5.根据实验结果分析电压比较器对信号的比较和判断功能，得出结论。
五、实验结果经过实验测试和数据分析，得到以下结论：1.在功能信号发生器输出方波信号时，电压比较器的输出端口产生一个高电平和一个低电平信号。
2.当输入信号幅度相同时，电压比较器输出的电平受频率影响；频率越高，输出电平越短。
4.通过观察电压比较器输出端口的电压变化，可以判断输入信号的大小和是否达到设定的阈值。
3. 根据实验结果，电压比较器对输入信号的幅度和频率具有一定的敏感性，需要进行精确的调整和控制。
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< 0u 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 i u i(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 t （b）所示，存在线性区。
比较器电路 实验报告
比较器电路实验报告比较器电路实验报告引言：比较器电路是电子电路中常见的一种基本电路，它能够将两个电压进行比较，并输出相应的逻辑信号。
在本次实验中，我们通过搭建比较器电路并对其性能进行测试，进一步探究比较器电路的工作原理和应用。
一、实验目的本次实验的主要目的是：1. 理解比较器电路的工作原理；2. 掌握比较器电路的搭建方法；3. 测试比较器电路的性能，如输出电压的稳定性和响应时间。
二、实验器材和原理1. 实验器材：- 比较器芯片 LM311；- 电阻、电容等基本元件；- 示波器；- 直流电源。
2. 实验原理：比较器电路的核心是比较器芯片，本次实验中我们使用的是LM311。
该芯片具有高速响应、宽电压范围和较低功耗等特点，适用于各种比较器电路的搭建。
比较器电路的基本原理是将两个输入电压进行比较，并输出相应的逻辑信号。
在实验中，我们将通过改变输入电压的大小和极性，观察比较器的输出变化情况。
三、实验步骤1. 搭建基本比较器电路：根据实验原理，我们将比较器芯片LM311与电阻、电容等元件进行连接，搭建基本的比较器电路。
具体的连线方式可以参考芯片的数据手册。
2. 设置输入电压：通过调节电源的输出电压，我们可以改变输入电压的大小和极性。
在实验中，我们将分别测试正向偏置和反向偏置的情况，并记录输出电压的变化。
3. 测试输出电压的稳定性：在设置好输入电压后，我们将使用示波器测量比较器的输出电压，并观察其稳定性。
通过改变输入电压的大小和频率，我们可以进一步了解比较器在不同工作条件下的表现。
4. 测试比较器的响应时间：在实验中，我们还将测试比较器的响应时间。
通过给比较器输入一个矩形波信号，我们可以观察到输出信号的变化情况，并通过示波器测量响应时间。
四、实验结果与分析根据实验步骤，我们得到了一系列比较器的输出数据。
通过对这些数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 比较器的输出电压与输入电压之间存在一定的阈值差，当输入电压超过或低于该阈值时，输出电压会发生跳变。
波形发生电路实验报告
姓名: 学号：班级：实验十波形发生电路实验目的1.掌握波形发生电路的结构特点和分析、计算、测试方法2.熟悉波形发生器的设计方法实验仪器双踪示波器数字万用表交流毫伏表直流电源预习要求1．分析下图中电路的工作原理，并根据电路参数画出输出Uo和Uc的波形。
2．图5-10-2电路如何使输出波形占空比变大？画出电路原理图。
实验原理非正弦波产生电路，一般由电子开关（电压比较器），外加反馈网络构成闭环电路形成。
常用的波形发生电路有方波、三角波、锯齿波发生器等。
1．方波发生器电路如图所示，集成运放和电阻R2、R3、R4构成滞回电压比较器，作为电子开关使用，R1、C相串联作为具有延迟作用的反馈网络，整个电路是一个闭环电路。
设电路刚加电时，Uc=0，且滞回比较器的输出电压为Uz,则集成运放同相输入端此时的电位为U﹢=R2*Uz/(R2+R3)同时Uz通过R1向C充电，Uc由零逐渐上升，当Uc﹥U+时，Uo从Uz跳变为-Uz，则U+=-R2*Uz/(R2+R3)同时，电容C通过R1放电，使Uc逐渐下降，小于U+时，Uo又跳变为Uz，回到初始状态，如此周而复始，产生振荡，输出方波。
该方波发生器输出的方波振荡周期 T=2R1*C*㏑（1+2R2/R3）2．占空比可调的矩形波发生电路通常将矩形波高电平的时间与周期时间之比称为占空比。
方波的占空比为50%。
如果需要产生占空比小于或大于50%的矩形波，则应设法使方波发生电路中电容的充电时间常数与放电时间常数不相等。
下图电路中利用二极管的单向导电性可以构成占空比可调的矩形波发生电路。
该电路发生的矩形波振荡周期 T=（Rw +2R1）C㏑(1+2R2/R3)占空比T1/T=（R′w+R1）/（ Rw+2R1）调节电位器Rw可使输出矩形波的占空比变化。
3．三角波发生电路上述方波发生器中Uc的波形近似三角形，但其线性度比较差。
下图电路可以产生线性度比较高的三角波，它包含两部分电路，前一部分为滞回电压比较器，后一部分为积分电路。
电压比较器实验报告
`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的集成器件,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的离散信号。
可用作模拟电路与数字电路的接口,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的运算放大器,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,但比较器的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。
电压比较器(过零比较器)
输特性曲线 2、 反向滞回比较器 （1）连接图 2（a）所示实验电路，接通直流电源，测出 Uo 由高电平变为低电 平时的阈值 （2）同上，测出 Uo 由低电平变为高电平时的阈值 （3）将信号发生器接入 Ui，并使之输出频率为 500Hz，电压有效值为 1V 的正 弦波信号，用示波器观察比较器的输入 Ui 与输出 Uo 波形并记录 3、 同向滞回比较器 （1）连接图 3 所示实验电路，参照反向滞回比较器的测试方法自拟实验步骤及 方法 （2）将实验结果与反向滞回比较器的理论分析结果进行比较，分析误差产生原 因
（4）改变信号发生器的输出电压 Ui 幅值，通过观察示波器 Uo 变化可知电压传 输曲线如下图所示
3
当 Ui<0 时，由于集成运放的输出电压 Uo ' =+Uom，使稳压管 D2 工作在稳压 状态（两只稳压管的稳定电压均小于集成运放的最大输出电压 Uom） ，所以输出 电压 Uo=Uz；当 Ui>0 时，由于集成运放的输出电压 Uo ' =-Uom，使稳压管 D1 工作在稳压状态,所以输出电压 Uo=-Uz。 电路图中所选的稳压管的稳压电压为 6.2V，但实际测出的电压输出值 6.91V 略大于此值。当 Ui<0 时，稳压管 D2 工作在稳压状态，稳压管 D1 工作在正向导 通状态，所以使输出电压 Uo=Uz+UD（UD 为稳压管的正向导通电压） ，因而实际 测量值略高于稳压管的稳压值。 2、 反向滞回比较器 （1）连接图 2（a）所示实验电路，接通直流电源，测出 Uo 由高电平变为低电 平时的阈值 实验结果：UTH1 =625mV 仿真结果：UTH1=619.004mV 理论结果：UTH1 =R2Uz /（R2+R3）=564mV 将实验结果、仿真结果与理论结果的对比如下表所示 实验结果 仿真结果 理论结果 阈值 UTH1 625mV 619.004mV 564mV 与理论值的误差 10.8% 9.8% 0 （2）测出 Uo 由低电平变为高电平时的阈值 实验结果：UTH2= 660mV 仿真结果：UTH2= 672.934mV 理论结果：UTH2 = R2Uz /（R2+R3）= 564mV 将实验结果、仿真结果与理论结果的对比如下表所示 实验结果 仿真结果 理论结果 660mV 672.034mV 564mV 阈值 UTH2 与理论值的误差 17.0% 19.2% 0 （3）将信号发生器接入 Ui，并使之输出频率为 500Hz，电压有效值为 1V 的正 弦波信号，用示波器观察比较器的输入 Ui 与输出 Uo 波形如下
电压比较器 波形发生器
检查示波器初态位置(注意标圈处)
释放
X触发 触发
释放
释放
X校准 校准
释放
Y1校准
释放
Y2校准
实验2.4 集成运算放大器应用 实验 （Ⅲ）
──电压比较电路 电压比较电路
一、实验目的 • 熟悉单门限电压比较器、 熟悉单门限电压比较器、迟滞比较器的电路 组成特点。 组成特点。 • 了解比较器的应用及测试方法。
KΩ 100 KΩ
R1
±Vz
（± ８V）
10kΩ 10kΩ
2-5-3 方波发生器
2-5-1 RC正弦波发生器 正弦波发生器
实验2.6 集成运放的综合设计应用 实验 ——三角波电路 三角波电路
一、实验目的 二、原理说明 三、实验内容 1.按设计电路接线 2.电路调试 (1)调节两个电位器,同时观察方波和积分输出 波形,当波形不满足设计条件时要修改元件 参数。 (2)调节三角波幅值为±2V，周期2ms,画出方 波输出UO1和积分输出UO2对应的波形图。
（ b） 画 过 零 比 较 器 波 形 图 ） 反相输入过零比较器比较器
2.迟滞比较器
ui(V) i(V) R3
ui
10 KΩ Ω 上限门 上限门 VT+ 下限门 下限门 VT－
－
∞ R4 ＋
▲ t
uo
0 ▲ uo(V) uo(V)
＋ R2 100 KΩ Ω R1
1 KΩ
10 KΩ Ω
±Vz （±８V ） 0
二、原理说明和实验内容
1. RC正弦波发生器 正弦波发生器
RP
左移← 左移
100kΩ 100kΩ
→右移 右移
f=1/(2πRC)
【VIP专享】哈工大自主设计实验——电压比较器
当U<U时，运放输出高电平，稳太管D反向稳压工作。
输出端电位被其箝位在稳压
（2）滞回比较器
下左图为具有滞回特性的过零比较器
如图10－3所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若U O改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。
当U O为正（记作U+），则当U i＞U∑后，U O即由正变负（记作U-），此时U∑变为－U∑。
故只有当U i下降到－U∑以下，才能使U O再度回升到U+，于是出现图10-3(b)中所示的迟滞特性。
－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。
（3）窗口比较器
简单的比较器仅能鉴别输入电压U i比参考电压U R高或低的情况，窗口比较电路是由
两个简单比较器组成，如下左图所示，它能指示出U i值是否处于和之间。
如U R-＜U R+，窗口比较器的输出电压U0等于运放的正饱和输出电压(+Uomax)，如果U i＜U R-＞U R+ ，则输出电压U0等于运放的负饱和输出电压(－Uomax)。
i
同上，测出U由－Uomax→＋Uomax时U的临界值。
并画出传输特性曲线。
详细电压比较器实验报告
详细电压比较器实验报告一、实验目的1、掌握常见类型电压比较器的构成及特性。
2、学习电压比较器电压传输特性的测试方法。
二、预习要求1、复习常见类型电压比较器的构成及特性。
2、分析本次实验选用电路的类型及特性。
3、根据实验测试内容，自行制作表格。
三、实验说明电压比较器是对输入信号进行鉴幅和比较的电路，就是将一个模拟电压信号去与一个参考电压信号相比较，当两者相等时，输出电压状态将发生突然跳变。
常见的比较器类型有：过零电压比较器、滞回电压比较器、窗口电压比较器等。
1、过零电压比较器实验电路如图1（1）所示，其阈值电压，即当输入电压时，其输出电压状态将发生跳变：由高电平跳变为低电平或由低电平跳变为高电平。
所对应的电压传输特性如图1（2）所示。
2、反相滞回比较器滞回比较器有两个阈值电压，当输入电压的取值在阈值电压附近时，输出电压状态仍具有保持原状态的“惯性”。
根据输入信号接入端的不同，可分为反相滞回比较器和同相滞回比较器两种。
反相滞回比较器实验电路如图2（1）所示。
3、窗口比较器窗口比较器阈值电压有两个，当输入电压压值在两阈值电压之间时，输出电压所对应的状态将不同于输入电压压值高于或低于两阈值电压时所对应状态。
实验电路如图3（1）所示：四、实验仪器与器件1、＋12V直流电源2、函数信号发生器3、双踪示波器4、交流毫伏表5、直流电压表6、集成运放741&TImes;27、频率计8、万用表9、－5V～＋5V可调直流信号源&TImes;2[注意：与±5V直流电源共用电源开关]，电阻器若干10、双稳压二极管2DW231（UZ≈6V）&TImes;1，普通二极管IN4007&TImes;2五、实验内容1、过零比较器（1）按照图1（1）所示电路连线，接通±12V直流电源。
（2）将引入端悬空，用直流电压表测量输出电压。
（3）将的正弦波作为输入信号引入，观察输入、输出电压波形，并记录。
电子技术实验报告—实验10集成运算放大器构成的电压比较器5篇
电子技术实验报告—实验10集成运算放大器构成的电压比较器5篇第一篇：电子技术实验报告—实验10集成运算放大器构成的电压比较器电子技术实验报告实验名称：集成运算放大器构成的电压比较器系别：班号：实验者姓名：学号：实验日期：实验报告完成日期：目录一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)1.集成运算放大器构成的单限电压比较器...........................3 2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器. (4)三、实验仪器 (4)四、实验内容 (5)1.单限电压比较器...............................................5 2.施密特电压比较器.. (10)五、实验小结与疑问 (1)3一、实验目的1.掌握电压比较器的模型及工作原理2.掌握电压比较器的应用二、实验原理电压比较器主要用于信号幅度检测——鉴幅器；根据输入信号幅度决定输出信号为高电平或低电平；或波形变换；将缓慢变化的输入信号转换为边沿陡峭的矩形波信号。
常用的电压比较器为：单限电压比较器；施密特电压比较器窗口电压比较器；台阶电压比较器。
下面以集成运放为例，说明构成各种电压比较器的原理。
1.集成运算放大器构成的单限电压比较器集成运算放大器构成的单限电压比较器电路如图1（a）所示。
由于理想集成运放在开环应用时，AV→∞、Ri→∞、Ro→0；则当ViER 时，VO=VOL；由于输出与输入反相，故称之为反相单限电压比较器；通过改变ER值，即可改变转换电平VT（VT≈ER）；当ER=0时，电路称为“过零比较器”。
同理，将Vi与ER对调连接，则电路为同相单限电压比较器。
2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器集成运算放大器构成的施密特电压比较器电路如图2（a）所示。
当VO=VOH时，V+1=VT+=R当VO=VOL时，V+2=VT−=R回差电平：△VT=VT+−VT−R22+R3VOH+RVOL+RR32+R3ER；VT+称为上触发电平；R22+R3R32+R3ER；VT-称为下触发电平；当Vi从足够低往上升，若Vi>VT+时，则Vo由VOH翻转为VOL；当Vi从足够高往下降，若Vi三、实验仪器1.示波器1台2.函数信号发生器1台3.数字万用表1台4.多功能电路实验箱1台四、实验内容1.单限电压比较器（1）按图1（a）搭接电路，其中R1=R2=10kΩ，ER由实验箱提供；（2）观察图1（a）电路的电压传输特性曲线；电压传输特性曲线的测量方法：用缓慢变化信号（正弦、三角）作Vi(Vip-p=15V、f=200Hz)，将Vi=接示波器X（CH1）输入，VO 接示波器Y（CH2）输入，令示波器工作在外扫描方式（X-Y）；观察电压传输特性曲线。
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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 <U 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 10-1（a）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 om
D1 R1 1Leabharlann D21N4148 RWuc
0.1μ
C
A1 +
R4
R3
RP R 2{ 10k 10k
5k1
图 10-5 占空比可调的矩形波发生电路 该电路发生的矩形波振荡周期
T (R W 2R1 )C ln(1 2R 2 ) R3
占空比
调节电位器R W 可使输出矩形波的占空比变化。 6．三角波发生电路 上述方波发生器中u c 的波形近似三角形，但其线性度比较差。图 10-6 电路可以 产生线性度比较高的三角波，它包含两部分电路，前一部分为滞回电压比较器，后一 部分为积分电路。
uo
ui
R1 10k
-
A1
+
R2 5.1k
UZ
uo
±6V ± UZ
0 -UZ ui
（a）电路图
（b）电压传输特性 图 10-1 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 10-2 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。
4．方波发生器 电路如图 10-4 所示，集成运放和电阻R 2 、R 3 、R 4 构成滞回电压比较器，作为电 子开关使用，R 1 、C相串联作为具有延迟作用的反馈网络，整个电路是一个闭环电路。 设电路刚加电时，u c =0 ，且滞回比较器的输出电压为U Z ，则集成运放同相输入端此 时的电位为
u R2 (U Z ) R2 R3
T 4R 1 R 4 C R2 R1 UZ R2
U om
7．锯齿波发生电路 锯齿波与三角波的区别是，后者上升和下降的斜率相等，而前者上升和下降的斜 率不相等（通常相差很多） 。因此，只要使三角形产生电路中的电容的充电与放电回 路不同，便可得到锯齿波发生电路。 参照实验电路图 10-7。 实验内容 1．过零比较器 （1）连接图 10-1（a）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。 （3）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．反相滞回比较器 （1）连接图 10-2（a）所示实验电路，接通直流电压源，测出u 0 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。 并使之输出频率为 500Hz， 电压有效值为 1V的正弦信号， （3） 将信号发生器接入u i ， 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）连接图 10-3 所示实验电路，参照反相滞回比较器的测试方法自拟实验步骤及方 法。
而同时U Z 通过R 1 向C充电，u c 由零逐渐上升，当u c > u + 时， u o 从U Z 跳变为 - U Z ，则
u
R2 ( U Z ) R2 R3
同时，电容C通过R 1 放电，使u c 逐渐下降，小于u + 时，u 0 又跳变为U Z ，回到初始状 态，如此周而复始，产生振荡，输出方波。
C D1
-
A1
+
R3
5k1
U o1
1N4148
RP
100k
-
0.1
A2
+
D2
1N4148 ±6V
Uo
R2 R1
10k 10k
R4
10k
图 10-7 锯齿波发生电路 实验报告 1．整理实验数据及波形图，并与理论分析结果比较。 2．总结几种比较器的特点。 3．分析误差产生的原因，思考波形信号的产生受哪些因素的影响。
U TH1 R 2UZ R2 R3
R 2 U Z R2 R3
当输入电压从高向低变化经过阀值U TH2 时，输出电压由低电平跳变为高电平，
U TH 2
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以用同样的方法，但在示波器上读取上、下阀值时， 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阀值。 非正弦波产生电路，一般由电子开关（电压比较器） ，外加反馈网络构成闭环电 路形成。常用的波形发生电路有方波、三角波、锯齿波发生器等。
{
RW
100k
uo
uo
±6V
T1
0
T
t
T1
T
R W R 1 R W 2R 1
R3 5k1
uo1
R4 10k
0.1μ + A2
uo
图 10-6 三角波发生电路
到更低的值（比零低很多） 。在u o1 变为-U Z 后，电容放电，u o 按线性规律逐渐上升， 当u o 上升到一定程度，使A 1 的u + 略大于 0 时， u o1 又从-U Z 变回U Z ，使电路回到初始 状态。如此周而复始，产生振荡，电路产生三角形。 周期 振荡幅度
uo
UZ
ui
R1 10k
-
A1
+
R4 5.1k 100k R3
0
uo
±6V
U TH2
UTH1 -UZ
uI
R2
10k
（a） 电路图
（b） 电压传输特性曲线 图 10-2 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， 它是指输出电压与输入电压的 关系曲线，如图 10-1（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，u o 会从一个 电平跳变为另一电平，称 0 为过零比较器的阀值。阀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 10-2（b）所示。 输出电平由高电平 （U Z ） 曲线表明， 当输入电压由低向高变化， 经过阀值U TH1 时， 。 跳变为低电平（-U Z ）
实验十
电压比较器及波形发生电路
实验目的 1．掌握电压比较电路的分析及计算。 2．学会测试比较器的方法。 3．掌握波形发生电路的结构特点和分析、计算、测试方法。 4．熟悉波形发生器的设计方法。
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 预习要求 1．复习电压比较器的工作原理。 2．计算图 10-1、10-2 和 10-3 实验电路的阀值，画出各电路的电压传输特性曲线。 3．分析 10-1、10-2 和 10-3 各实验电路，画出当输入为正弦波时的输出波形图。 4．分析图 10-4 电路的工作原理，并根据电路参数画出输出u o 和u c 的波形。 5．图 10-5 电路如何使输出波形占空比变大？画出电路原理图。 6．根据实验内容自拟实验数据记录表格。 预习报告 计算图 10-4 中输出电压u o 的周期，并说明图 10-5 电路如何使输出波形占空比变大？
R1 10k
-
A1
+
R4 5.1k 100k R3
uo
±6V
ui
R2 10k
图 10-3 同相滞回电压比较器 （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。 4．方波发生电路 ①按图 10-4 连接电路，检查无误后，接通电源。 ②调整电位器R P ，输出波形从无到有，用示波器观察u c 、u o 波形，测量频率。 ③分别测出R 1 =10kΩ、R 1 =110kΩ时，输出波形的频率，输出幅值。 ④调节电位器R P ，使输出电压u o 的输出幅度最大且不失真，用毫伏表测量电压u o 、反 馈电压u + 和u - ，分别研究振荡的幅值条件。 5．占空比可调的矩形发生电路 ①按图 10-5 电路接线，检查无误后，接通电源。 ②调节电位器R P ，使电路产生的波形从无到有，并用示波器观察u o 、u c 的幅度及频率 变化情况。把R W 的动点调节到最上、最下位置，测出频率范围，记录之。 ③将电位器R P 调节至中心位置，将一只稳压管短接，观察u o 的波形，分析二极管的限 幅作用。 ④若要使占空比更大，应如何选择电路参数并用实验验证。 6．三角波发生电路 ①按图 10-6 电路接线，检查无误后，接通电源。 ②改变R P ，用示波器观察频率如何变化？按预习方案分别实验并记录。 7．锯齿波发生电路 ①按图 10-7 电路接线，检查无误后，接通电源。 ②将R P 调至最上和最下（要求有波形输出）位置，测量频率变化范围。
R
C 0.1μ
uc u-
1
10k A +
R P 100k R4 5k1 R3 10k