实验六 电压比较器.doc

实验六 电压比较器一、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、虚拟实验仪器及器材示波器、可变电源、数字万用表等仪器、集成运算放大器LM324三、实验原理1单门限电压比较器电压比较器是用来比较两个输 入电压的大小，据此决定其输出是高电平还是低电平。以图6-1所示的同相电压比较器电路为例，参考电压VREF加于运放的反相端，VREF可以是正值或负值。而输入信号vI加于运放的同相端。图6-1单门限电压比较器由于比较器的开环电压增益很大，当输入信号vI小于参考电压VREF，即 时，运放处于负饱和状态；vo为低电平VOL；反之，当vI升高到略大于VREF，即 时，vo转入正饱和状态，vo为高电平VOH。以图6-1所示的同相电压比较器电路为例分析可知，比较器输出vo的临界转换条件是集成运放的差动输入电压 ，即 。由此可求出图1a电路的电压传输特性，如图6-1b所示。当vI由低变高经过VREF时，vo由VOL变为VOH；反之，当vI由高变低经过VREF时，vo由VOH变为VOL。我们把比较器输出电压vo从一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压vI值称为门限电压或阈值电压Vth，对于图6-1a所示电路， 。由于vI从同相输入且只有一个门限电压，故称为同相输入单门限电压比较器。反之当vI从反相端输入，VREF改接到同相端，则称为反相输入单门限电压比较器。其相应传输特性如图6-1b中的虚线所示。2过零比较器对于图16-1a所示电路，当 ，则输出电压 每次过零时，输出电压就产生跳变。这种比较器称为过零比较器。图6-2过零比较器如果希望减小比较器的输出电压幅值，可外加双向稳压管Dz，如图6-2所示。这时，输出电压的幅值受Dz的稳压值VZ限制，电路的正向输出幅度与负向输出幅度基本相等。 或 。电阻R起限流作用，保护稳压管。3迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。例如，在单门限电压比较器输入vI中含有噪声或干扰电压时，其输入和输出电压波形如图6-3所示，由于在vI=Vth=VREF附近出现干扰，vO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压vO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。图6-3图6-4迟滞比较器迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。以图6-4a所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特性如图2b所示。如将vI与VREF位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。以反相输入迟滞比较器原理电路为例，由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压vO与输入电压vI不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即或 （1）设运放是理想的并利用叠加原理，则有（2）根据输出电压vO的不同值（VOH或VOL），可求出上门限电压VT+和下门限电压VT分别为（3）（4）门限宽度或回差电压为 （5）设电路参数如图6-4a所示，且 ，则由式(3)(5)可求得 ， 和 。设从 ， 和 开始讨论。当vI由零向正方向增加到接近 前，vO一直保持 不变。当vI增加到略大于 ，则vO由VOH下跳到VOL，同时使vP下跳到 。vI再增加，vO保持 不变。若减小vI，只要 ，则vo将始终保持 不变，只有当 时， vo 才由 图6-4 跳到VOH。其传输特性如图6-4b所示。由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压vo的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。 四、实验内容1过零比较器实验参考电路如图6-5所示。图6-5 过零比较器(1) 调Vi输出频率f500Hz，有效值为1v的正弦波信号，用示波器观察ViVo波形并记录。(3)改变信号发生器的输出电压Vi幅值，用示波器观察Vo变化，测出传输特性曲线2反相滞回比较器图6-6反相滞回比较器(1)按图6-6连接好实验电路，调Vi输出频率f500Hz，有效值为1v的正弦波信号，用示波器观察ViVo波形并记录。(2)将调节电路中RF的值，用示波器观察ViVo波形并记录。3同相滞回比较器图6-7同相滞回比较器 (1)按图6-7连接好实验电路，调Vi输出频率f500Hz，有效值为1v的正弦