電壓比較器課程設(shè)計論文

1、電子與通信工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告 2014 2015 學(xué)年第1學(xué)期單限電壓比較器的設(shè)計專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級： 學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師職稱： 2015年 1 月 20日課程設(shè)計報告【課題名稱】單限電壓比較器的設(shè)計【摘 要】電壓比較器是對輸入信號進(jìn)行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。常用的電壓比較器有過零比較器、單限比較器、滯回比較器、窗口比較器、三態(tài)電壓比較器等。簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。構(gòu)成電壓比較器的重要元件就是集成運(yùn)算放大器。集

2、成運(yùn)放是具有高放大倍數(shù)的集成電路。它的內(nèi)部是直接耦合的多級放大器，整個電路可分為輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四部分。輸入級采用差分放大電路以消除零點(diǎn)漂移和抑制干擾；中間級一般采用共發(fā)射極電路，以獲得足夠高的電壓增益；輸出級一般采用互補(bǔ)對稱功放電路，以輸出足夠大的電壓和電流，其輸出電阻小，負(fù)載能力強(qiáng)；偏置電路為其他三部分提供靜態(tài)工作點(diǎn)。集成運(yùn)放廣泛用于模擬信號的處理和產(chǎn)生電路之中，因其高性能、低價位，在大多數(shù)情況下，已經(jīng)取代了分立原件放大電路?！娟P(guān) 鍵 詞】集成運(yùn)放  電壓比較器  特性曲線  閾值電壓一、引言電壓比較器也是一種常用

3、的模擬信號處理器。它將模擬量輸入電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并將比較的結(jié)果輸出。比較器的輸出只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平。在自定控制及自動測量系統(tǒng)中，常常將比較器應(yīng)用于越限報警、模擬轉(zhuǎn)換以及各種非正弦波的產(chǎn)生和變換。二、總體方案設(shè)計1、設(shè)計要要求：設(shè)計一個單限電壓比較器，要求可以根據(jù)要求設(shè)定0V5V的閾值（門限）電壓，當(dāng)輸入電壓等于閾值電壓時，電路報警（聲音或光）。完成設(shè)計方案和硬件制作，提交課程設(shè)計報告。2、設(shè)計方案：本文采用LM393專用比較器芯片的集成電路，對兩個輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來判斷輸入信號的大小和極性。根據(jù)題目要求，設(shè)定門限電壓在3V的時

4、候電路報警（發(fā)光）。利用繼電器具有開關(guān)的作用，電路在高電平時繼電器常開端口閉合，LED燈發(fā)亮實(shí)現(xiàn)報警報警， 圖1 電路原理圖3、 設(shè)計原理分析1 單限比較器原理分析 如圖(a)所示為一般單限比較器，UREF為外加參考電壓。根據(jù)疊加原理，集成運(yùn)放反相輸入端的電位        （推導(dǎo)過程）   令=0，則求出閾值電壓              當(dāng)<UT時，<

5、，所以u/o=+UOM,=UOH=+UZ；  當(dāng)>UT時，>，所以u/o=-UOM，=UOL=-UZ。  若UREF<0，則圖(a)所示電路的傳輸特性如圖(b)所示。 綜上所述，分析電壓傳輸特性三個要素的方法是：  通過研究集成運(yùn)放輸出端所接的限幅電路來確定電壓比較器的輸出低電平UOL和輸出高電平UOH；  寫出集成運(yùn)放同相輸入端、反相輸入端電位和的表達(dá)式，令=，解得輸入電壓就是閾值電壓；  在過UT時的躍變方向決定于作用于集成運(yùn)放的哪個輸入端。  當(dāng)從反相輸入端輸入時，<UT，=UOH；>UT

6、，=UOL。 當(dāng)從同相輸入端輸入時，<UT，=UOL；>UT，=UOH。  以上是一般單限比較器的原理，不同芯片，有不同的外圍電路。根據(jù)LM393的PDF, LM393集成塊內(nèi)部裝有二個獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0.336V）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用，集電極開路輸出 ，后面要加上拉電阻。 圖2 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)2 報警模塊

7、原理分析a. 當(dāng)比較器引腳輸出高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，+5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，繼電器的常開觸電閉合，相當(dāng)于開關(guān)閉合。b. 當(dāng)比較器的IO引腳輸出低電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應(yīng)電動勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢則可以通過二極管IN4148釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護(hù)作用。四、具體電路實(shí)現(xiàn)1、電路的參 數(shù)設(shè)計比較器模塊：芯片LM393電阻R1、R2均為1K電容C1、

8、C2均為10uF可調(diào)電阻1、2分別為103、104八個管腳的靜態(tài)電壓：1腳：4.95V 2腳3.04V 3腳0.44V 4腳0V 5腳0.57V 6腳0.53V 7腳0V 8腳 0.95V報警模塊：電阻R1、R3分別為1K、560三極管：9013繼電器：5VDC2、原理圖如下 圖3.1比較器電路原理圖 圖3.2 報警模塊電路原理圖3實(shí)物圖如下 圖4.1 比較器電路實(shí)物圖 圖4.2 報警模塊電路實(shí)物圖4、用示波器測得的波形圖如下所示 圖5示波器所測的波形圖5、仿真電路圖及其波形如下所示 圖6仿真電路圖 圖7 仿真波形圖6、元器件清單如下名稱型號數(shù)量規(guī)格發(fā)光二極管2綠色LED斷腳繼電器15VDC 3A可調(diào)電阻2103, 104各1個電解電容210uF色環(huán)電阻6430歐2個，4.7k歐2個，5.6k歐1個，5.1k歐1個運(yùn)算放大器LM3931補(bǔ)償型DIP-8插座8PIN IC1芯片插槽萬用板1實(shí)驗(yàn)板排針22個腳二極管1N41481玻璃封裝三極管S90131五、總結(jié)和體會1、通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己欠缺還有很多知識，不只是在動手能力還是理論知識，還有很大的進(jìn)步空間，希望自己今后在專業(yè)知識學(xué)習(xí)中能更加好的進(jìn)步。2.從做課程設(shè)計開始，從選題、選材料、找資料、在網(wǎng)上找資料，自己發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)不只在課堂，可以有很多途徑學(xué)習(xí)到專業(yè)知識，信息化的今天只要自己想學(xué)沒有學(xué)不到的。