实验8电压比较器.pdf
常规实验 实验八 电压比较器 第37页 实验八 电压比较器 实验目的 1.了解电压比较器的结构与特点 2.了解电压比较器的输出信号 3.掌握电压比较器输出信号的测试方法 二 _ 实验器材 1.1 台编号为 RTMD 4 的模拟电路实验箱 2.1 块编号为 UT70A 的数字万用表 3.1 台编号为 SS-7802A 的双踪示波器 4.1 台编号为 GFG-8255A 的函数信号发生器 5.1 块编号为 LM358 的集成运算放大器 6.1 个型号为 2CW231 的稳压管 7.1 块运算放大器及应用电路板 三、实验内容 1.电压比较器 2.过零比较器 四、实验原理 1.电压比较器 电压比较器是集成运算放大器在信号处理方面的应用。电压比较器的输入电压 Ui和比较 器的基准电压 UR相比较，当 Ui与 UR相等时，比较器的输出电压将产生跃变，相应的输出为 正、负饱和压降 U。(sat)。可见，电压比较器可以将输入模拟信号 Ui转变为输出方波信号 Uo,应用于模拟信号与数字信号的转化等领域。图 8-1 电压比较器 常规实验 实验八 电压比较器 第38页 电压比较器电路如图 8-1 所示，当 Ui与 UR相同时，电压比较器输出一个方波信号，其幅值等于运算放大器的正、负饱和压降 U。(sat)Uo(sat)数值较大，近似等于电路的电源电 压。如果要求比较器的输出电压为后级电路所需要的数值，可以在比较器电路中增加限幅电 路，图 8-2(a)为带单向限幅的电压比较器。图中，UR为比较器的基准电压，加在运算放 大器的同相输入端，输入信号 Ui加在反相输入端，限流电阻 R 及稳压管 Vz构成限幅电路,使得电压比较器输出的正向电压变为稳压管的稳定电压 Uz 带单向限幅电路的电压比较器，其电压传输特性如图 8 2(b)所示。图 8 2 带单向限幅电路的电压比较器 从电压传输特性可以看出，当 Ui UR时，运算放大器输出负饱和压降，稳压管 VZ 正向导通，比较器输出电压等 于稳压管的正向导通压降 UD，故有：Uo=UD 可见，在电压比较器中，以基准电压 UR为比较器输出电压跃变的界线，当输入电压变 化越过基准电压时，输出电压从一种输出状态变为另一种输出状态，这两种状态分别为：高 电位信号 Uz和低电位信号UD 2.过零比较器 图 83 为过零比较器。这时，比较器的基准电压为零，当输入电压越过零值时，比较 器的输出电压出现跃变，运算放大器的输出电压为正、负饱和压降，当输入信号为正弦信号 时，过零比较器会将正弦信号转变为正、负半周相等的方波信号。常规实验 实验八 电压比较器 第39页 图 8-3 过零比较器 图 84(a)是带有双向限幅的过零比较器，Vz 为双向限幅稳压管，R2为限流电阻。输 入信号从反相输入端输入，同相端输入端接地，比较器的基准电压为零。当输入电压Ui 0时，比较器的输出电压 u。二-(U Z U D)当输入电压ui:：0时，比较器的输出电压 u。=U Z U D 其电压传输特性如图 83(b)所示。(b)电压传输特性 图 8-4 带双向限幅电路的过零比较器 五、实验过程 1.实验电路的联接 运算放大器及应用电路板如下图所示。t QO +UZ-FUD 00 10kQ A+，z 圭 2Cw231-(UZ+UP)(a)电路图 J5-左 nr d 4 4 Y 5.4.5 IkW 常规实验 实验八 电压比较器 第40页 连线前，应关闭实验箱的电源开关，然后按照原理图联接集成运算放大器的外部元件，并确认接线准确无误。再将实验箱的正、负电源电压调节到 12 V，用导线将12 V 电源分 别联接到集成运算放大器相应的管脚处，将12V 电源的地线与实验电路板的地线相联。注 意：集成运算放大器的正、负电源不能接反，不能将电源的输出端短路，否则会损坏集成运 算放大器或实验箱的直流电源。2.电压比较器 按照图 8 1 联线，设比较器的基准电压 UR=3V，待电路连完后，检查接线并确保接线 无误后，闭合实验箱电源开关，给实验电路供电。调节函数信号发生器，使其输出 f=1k Hz、Ui 2V(用示波器监测)的正弦波信号,的输入端相连，用同轴电缆线将输入信号 察Ui与 Uo的波形。用示波器测量电压比较器的输入电压 8 1 中。在坐标轴中画出电压比较器的 相位关系及电压的幅值。表 8 1 电压峰峰值(UR=3V)输入电压与输出电压的波形 Uipp *1 _、Uopp -3.双向限幅过零比较器 按图 8 4 连线。将运算放大器的同相输入端接地，这时比较器的基准电压 UR为零。接线完成后，仔细检查接线并确定接线无误、运算放大器的正、负电源连接无误。闭合实 验箱电源开关，给实验电路供电。用同轴电缆线将函数信号发生器的输出端与实验电路 Ui、输出信号 Uo与示波器相连，进行双踪显示，观 Ui及输出电压 Uo的峰峰值，将测量结果记入表 Ui与 Uo的波形。画波形时应注意 Ui与 Uo之间的 常规实验 实验八 电压比较器 第41页 调节函数信号发生器，使其输出 f=1k Hz、Vi 2V(用示波器监测)的正弦波信号，用同轴电缆线将函数信号发生器的输出端与实验电路的输入端相连，用同轴电缆线将实验电 路的输入电压 Ui及输出电压 u。接到双踪示波器，进行双踪显示。观察 5 与 u。的波形。表 8-2 电压峰峰值(UR=0V)输入电压与输出电压的波形 Uipp *Uopp i 用示波器测量过零比较器的输入电压 Ui及输出电压 Uo的峰峰值，将测量结果记入 表 8-2 中。在坐标轴中画出电压比较器的 Ui与 Uo波形。画波形时应注意 Ui与 Uo之间的 相位关系及电压的幅值。六、注意事项 实验前需要做充分的准备：预习实验内容，写出预习报告。无预习报告者不得进入实 验室做实验。(2)放置集成块 LM358 时，应将它的半圆形缺口标志与集成块插座的半圆形缺口标志对 齐。插、拔集成块应在断电状态下进行。(3)LM358 集成块的正、负电源与地线不能接反或者接错。(4)在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断实验箱的电源，在 断电状态下操作。常规实验 实验八 电压比较器 第42页 (5)实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。七、实验预习要求(1)预习教材中有关电压比较器的内容。(2)预习过零比较器的知识。八、实验报告要求(1)分析电压比较器与带限幅电路的电压比较器之间的不同。(2)根据实验数据在坐标轴中画出：电压比较器、带限幅电压比较器的输出电压波形，并 在波形图中标明电压的幅值。
