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1、實驗十二 電壓比較器
學院：信息科學與技術學院
專業(yè)：電子信息工程
姓名：劉曉旭
學號：2011117147
一． 實驗目的
1. 掌握電壓比較電路的分析及計算
2. 學會測試電壓比較器的方法
二．實驗儀器
雙蹤示波器，信號發(fā)生器，數(shù)字發(fā)生器，直流電源
三． 預習要求
1. 復習電壓比較器的工作原理
2. 計算圖1實驗電路的閾值，畫出電路的電壓傳輸特性曲線
3. 分析各實驗電路，畫出當輸入為正弦波時的輸出波形圖。
4. 根據(jù)實驗內容自擬實驗數(shù)據(jù)記錄表格。
四． 實驗原理
電壓比較器（通常稱為
2、比較器）的功能是比較兩個電壓的大小。例如，將一個信 號電壓 ui 和另一參考電壓 UR 進行比較，在 uI>UR 和 uI 0 時，uo 為低電平
ui< 0 時，uo 為高電
3、平
集成運放輸出的高低電平值一般為最大輸出正負電壓值U0m 。
圖1.過零比較器
2.滯回電壓比較器
滯回電壓比較器是由集成運放外加反饋網(wǎng)絡構成的正反饋電路，如圖 2 所示。 ui為信號電壓，UR為參考電壓值，輸出端的穩(wěn)壓管使輸出的高低電平值為±UZ。可以看出，此電路形成的反饋為正反饋電路。
圖2反相滯回電壓比較器
電壓比較器的特性可以用電路的傳輸特性來描述，它是指輸出電壓的關系曲線，如圖1（b)為過零比較器的電壓傳輸特性曲線。
可以看出，當輸出電壓從低逐漸升高或從高逐漸降低講過0電壓時，uo會從一個電平跳變?yōu)榱硪粋€電平，稱0為過零比較器的閾值。閾值定義為當比較
4、器的輸出電平從一個電平跳變到另一個電平時對應的輸入電壓值。
滯回電壓比較器的電壓傳輸特性曲線如圖2（b)所示。
曲線表明，當輸入電壓由低向高變化，經(jīng)過閾值UTH1時，輸出電平由高電平跳變?yōu)榈碗娖健?
當輸入電壓從高向低變化經(jīng)過閾值UTH2時，輸出電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑?
3.電壓比較器的測試
測試過零比較器時，可以用一個低頻的正弦信號輸入至比較器中，直接用雙蹤示波器監(jiān)視輸出和輸入波形，當輸入信號幅度適中時，可以發(fā)現(xiàn)輸入電壓大于0，小于0時，輸出的高低電平變化波形，即將正弦波變換成方波。
滯回電壓比較器測試時也可以用同樣的方法，但是在示波器上讀取上下閾值時，誤差較大。采用直流
5、輸入信號的方案較好，調節(jié)輸入信號變化，測試輸出電平跳變時對應的輸入電壓值即為閾值。
五． 實驗內容
1.（1）連接圖1實驗電路，檢查無誤后，接通±12V 直流電源。
（2）測量當 ui 懸空時，uo 的值。
（3）調節(jié)信號源，使輸出頻率為 100Hz，有效值為 1V的正弦波信號，并輸入至 ui端，用示波器觀察比較器的輸入 ui 與輸出 uo 波形并記錄。
（4）改變信號發(fā)生器的輸出電壓 ui 幅值，用示波器觀察 uo 變化，測出電壓傳輸特性曲線。
2.（1）連接圖2所示實驗電路，接通直流電壓源，測出 u0 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的閥值。
（2）同上，測出 uo 由低
6、電平跳變?yōu)楦唠娖綍r的閥值。
（3）將信號發(fā)生器接入 ui，并使之輸出頻率為 500Hz，電壓有效值為 1V 的正弦信號，用示波器觀察并記錄 ui 和 uo波形。
3.同相滯回比較器
（1）連接實驗電路，參照反相滯回比較器的測試方法自擬實驗步驟及方 法。
（2）將實驗結果與反相滯回比較器的理論分析結果進行比較，分析誤差產(chǎn)生原因。
六． 解答
1. （1)電路仿真原理圖如下圖所示：
（2） 當Ui懸空時，U0=2.911v
（3） 輸入正弦波信號，得到如下圖所示的波形：
（4） 當輸入電壓的幅值發(fā)生變化時，輸出電壓的幅值不變，但電壓傳輸特性變化。
下圖為
7、輸入電壓為13V時，輸出電壓和輸入電壓的波形。
隨著輸入電壓越來越大，輸出電壓也隨之變化，下圖為輸入電壓為33v時的輸入輸出波形。
結論：
當Ui<0時，Uo=-2.911V，當Ui>0時，Uo=2.911V
過零比較器是單限比較器的一種，過零，其閾值電壓為零，也就是說當電壓 Ui小于0時，Uo為正的穩(wěn)壓管的導通電壓，反之，電壓Ui大于0時其值為 負的穩(wěn)壓管導通電壓，其后的電阻R2是為了防止輸出電流過大。
2. 反相滯回比較器
其電路仿真如下圖所示：
輸出波形如下所示：
根據(jù)輸出Uo與Ui的交點可得到閥值，由上圖可得到閥值電壓分別
8、為：-1.1V（低電平跳高電平），1.0V（高電平跳低電平）與理論值UTH1=-Uz1*R4/（R2+R4）=9.7V/11=0.9V，UTH2=-Uz2*R4/（R2+R4）=-8.4V/11=-0.8V基本符合。
3. 同相滯回比較器
電路原理圖如下所示：
最終波形如下圖所示：
比反向滯回電壓比較器的輸出電壓幅值要大。
由上圖可得到閥值電壓分別為：1.1V（低電平跳高電平），-1.2V（高電平跳低電平）與理論值UTH1=Uz2*R4/R2=8.4V/10=0.84V，UTH2=Uz1*R4/R2=-9.7V/10=-0.97V基本符合。同比反相滯回比較器的閥要大，且跳變反相。
結論：在單限比較器中，輸入電壓在閾值電壓附近任何微小的變化 ，都將引起
輸出電壓的越變，不管這種微小的變化是來自于輸入信號還是外部信號的干擾，
因此，雖然單限比較器很靈敏，但抗干擾能力非常差。
實驗十二 電壓比較器
