實(shí)驗(yàn)十一電壓比較器第一頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉單限、遲滯和窗口電壓比較器的工作原理及電路形式。2．掌握電壓比較器輸入、輸出電壓波形及電壓傳輸特性的觀、測(cè)方法。3．研究參考電壓及遲滯比較器的電壓正反饋對(duì)電壓傳輸特性的影響。第二頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理

電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，當(dāng)它的輸入電壓變化越過某一個(gè)或兩個(gè)比較電平時(shí)，其輸出電壓將由一個(gè)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一個(gè)狀態(tài)的突變。因此，輸出電壓的狀態(tài)可標(biāo)志其輸入電壓是否越過比較電平。輸出電壓的兩種狀態(tài)或兩種可能的數(shù)值分別稱為輸出高電平記為VOH和輸出低電平記為VOL。電壓比較器有兩個(gè)輸入端，一般情況是：一端加的是被比較的模擬信號(hào)vI，另一端加的是基準(zhǔn)(參考)電壓VR。1.單限電壓比較器

圖11-1電壓比較器的輸入、輸出波形圖11-2基本單限電壓比較器第三頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理

圖11-2為基本單限電壓比較器電路，模擬信號(hào)電壓vI通過電阻R1加到集成運(yùn)放的反相輸入端，基準(zhǔn)電壓VR通過電阻R2加在同相輸入端。VR的值可正，可負(fù)也可為零。輸出端經(jīng)雙向基準(zhǔn)穩(wěn)壓管與反相輸入端相連，用以對(duì)輸出電壓進(jìn)行限幅。根據(jù)運(yùn)算放大器基本原理有VN=VP＝VR。所以，只要輸入信號(hào)vI大于VR，輸出電壓就呈低電平，其值為VOL=VR-VZ。而當(dāng)vI小于VR時(shí)，輸出電壓則翻轉(zhuǎn)為高電平，。其值為VOH=VR+VZ。上兩式中，VZ為雙向基準(zhǔn)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，輸入信號(hào)電壓值VT稱為門限電壓。圖11-2電路的門限電壓VT就等于參考電壓VR。第四頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理圖1l-2電路的電壓傳輸特性如圖11-3所示，圖中的三條曲線①、②、③分別為VR=0、VR<0、VR>0時(shí)的電壓傳輸特性。由圖11-3可見，在單限電壓比較器中，無論參考電壓VR為何值都只有一個(gè)門限電壓，且等于參考電壓。當(dāng)VR=0時(shí)，輸出電壓是在vI過零點(diǎn)時(shí)由一個(gè)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一個(gè)狀態(tài)的，故這種情況下的比較器稱為過零比較器。圖11-3單限電壓比較器的傳輸特性

第五頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理2.遲滯比較器(亦稱施密特觸發(fā)器)

遲滯比較器是一種滯后電壓比較器，電路如圖11-4所示，圖中電阻R2、R3構(gòu)成電壓正反饋網(wǎng)絡(luò)，R2越大、R3越小，正反饋越強(qiáng)。由于正反饋的存在，門限電壓不再僅僅取決于參考電壓VR，而是由VR與輸出電壓VO共同決定。輸出電壓為兩個(gè)門限電壓分別為圖11-4遲滯比較器電路第六頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理圖11-5施密特觸發(fā)器電壓傳特性

兩個(gè)門限電壓之差稱為門限寬度VH，即

可見，當(dāng)VZ一定時(shí)(本實(shí)驗(yàn)中VZ=6V)，兩個(gè)門限電壓VHT、VLT與VR及R2／R3有關(guān)，而門限寬度只與R2／R3有關(guān)。當(dāng)R2／R3不變時(shí)，改變VR，電壓傳輸特性將沿著橫坐標(biāo)軸移動(dòng)，門限電壓VH保持不變，只有當(dāng)改變R2／R3時(shí)VH才會(huì)改變，R2／R3愈大，表明正反饋愈強(qiáng)，反映兩門限電壓之差的門限寬度VH也就愈大。第七頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理3．窗口電壓比較器單限比較器和遲滯比較器在輸入電壓?jiǎn)我环较蜃兓瘯r(shí),輸出電壓只躍變一次,因而不能檢測(cè)出輸入電壓是否在兩個(gè)給定電壓之間,而窗口比較器具有這一功能。圖11-6為窗口比較器電路，外加參考電壓,電阻R和穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成限幅。運(yùn)放采用LM358雙運(yùn)放,其引腳見圖11-7。圖11-6窗口比較器電路圖11-7LM358引腳圖

圖11-8窗口比較器的電壓傳輸特性

第八頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理圖11-9專用集成電壓比較器LM319構(gòu)成的窗口比較器圖11-9是由專用集成電壓比較器LM319構(gòu)成的窗口比較器，電路簡(jiǎn)單，只需外接一個(gè)上拉電阻。LM319是雙電壓比較器，其外形和引腳見圖11-10。圖11-10LM319的引腳圖第九頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)原理電壓比較器的測(cè)試信號(hào)可用直流電壓，也可用交流電壓。為便于用示波器直接觀測(cè)，本實(shí)驗(yàn)采用三角波作為輸入信號(hào)。測(cè)試時(shí)，將電壓比較器的輸出、輸入信號(hào)電壓分別加到雙蹤示波器的兩路(CH1、CH2)輸入端上，按下示波器面板上的“ALT”雙通道交替使用鍵，即可在屏幕上同時(shí)觀察到輸入、輸出電壓波形；當(dāng)按下面板上的“X-Y，’鍵時(shí)，兩路通道變?yōu)閅通道和X通道，屏幕上顯示的將是Y軸與X軸兩個(gè)方向波形的合成波形，應(yīng)用這種方法可直接觀察比較器的電壓傳輸特性。改變VR及R2／R3可直接看到傳輸特性的變化，并可進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)試中應(yīng)注意輸入信號(hào)必須足夠大，否則由于電路仍工作在線性區(qū)而使輸出電壓達(dá)不到額定值，但輸入信號(hào)也不能太大，因太大會(huì)受到差模輸入電壓范圍的限制。第十頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路分別如圖11-2、11-4、11-6、11-9所示?；鶞?zhǔn)電壓是由圖11-11電阻分壓器的兩個(gè)分壓值VRH≈2V和VRL≈1V提供的。輸入電壓vI采用函數(shù)發(fā)生器輸出的f=400Hz三角波。圖11-11電阻分壓器第十一頁(yè)，共十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二四，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.單限比較器：在實(shí)驗(yàn)箱上插接圖11-2電路及圖11-11分壓電路;(1)輸入VP-P=6V、f=400Hz的三角波;VR=0V(即參考輸入端接地);用示波器觀察輸入、輸出電壓波形及電壓傳輸特性;并測(cè)出VoH、VOL、VT之值。定量描繪輸入、輸出電壓波形圖和電壓傳輸特性曲線。(2)（選作）將VR改為1V（分壓電路VRL端的輸出電壓）,重復(fù)第(1)步。2.遲滯比較器：按圖11-4插接電路,保留分壓電路。(1)輸入VP-P=6V、f=400Hz的三角波;VR=1V(即分壓電路VRL端的輸出電壓),R3=220K;用示波器觀察輸入、輸出電壓波形及電壓傳輸特性;并測(cè)出VoH、VOL、VLT、VHT之值。定量描繪輸入、輸出電壓波形圖和電壓傳輸特性曲線。3.窗口比較器：保留分壓電路;分別按圖11-6和圖11-9聯(lián)結(jié)電路;VRH