實驗8 電壓比較器

1、實驗八 電壓比較器 一、 實驗目的1 了解電壓比較器的結(jié)構(gòu)與特點2 了解電壓比較器的輸出信號3 掌握電壓比較器輸出信號的測試方法二、實驗器材1 1臺編號為 RTMD4 的模擬電路實驗箱2 1塊編號為 UT70A 的數(shù)字萬用表3 1臺編號為 SS-7802A 的雙蹤示波器4 1臺編號為 GFG-8255A 的函數(shù)信號發(fā)生器5 1塊編號為 LM358 的集成運算放大器 6 1個型號為 2CW231 的穩(wěn)壓管7 1塊運算放大器及應用電路板三、實驗內(nèi)容1 電壓比較器2 過零比較器 四、實驗原理1 電壓比較器電壓比較器是集成運算放大器在信號處理方面的應用。電壓比較器的輸入電壓ui和比較器的基準電壓UR相

2、比較，當 ui 與UR 相等時，比較器的輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應的輸出為正、負飽和壓降 Uo (sat) 。 可見， 電壓比較器可以將輸入模擬信號ui 轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龇讲ㄐ盘?uo ， 應用于模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化等領域。 圖81 電壓比較器電壓比較器電路如圖81 所示，當ui 與UR 相同時，電壓比較器輸出一個方波信號，其幅值等于運算放大器的正、負飽和壓降Uo (sat) 。 Uo (sat) 數(shù)值較大，近似等于電路的電源電壓。 如果要求比較器的輸出電壓為后級電路所需要的數(shù)值，可以在比較器電路中增加限幅電路，圖82（a）為帶單向限幅的電壓比較器。 圖中，UR 為比較器的基準電壓，加在運算放大器

3、的同相輸入端，輸入信號 ui 加在反相輸入端，限流電阻R及穩(wěn)壓管VZ 構(gòu)成限幅電路，使得電壓比較器輸出的正向電壓變?yōu)榉€(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ 。 帶單向限幅電路的電壓比較器， 其電壓傳輸特性如圖82(b) 所示。(a)電路圖 (b)電壓傳輸特性圖82 帶單向限幅電路的電壓比較器從電壓傳輸特性可以看出，當u i < UR 時，運算放大器輸出正飽和壓降，限幅電路中的穩(wěn)壓管Vz反向擊穿， 比較器輸出端電壓被穩(wěn)壓管箝制在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uz，故有： 當 u i > UR時，運算放大器輸出負飽和壓降，穩(wěn)壓管Vz正向?qū)?，比較器輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航礥D，故有： uo =UD可見，在電壓

4、比較器中，以基準電壓UR 為比較器輸出電壓躍變的界線，當輸入電壓變化越過基準電壓時， 輸出電壓從一種輸出狀態(tài)變?yōu)榱硪环N輸出狀態(tài)，這兩種狀態(tài)分別為：高電位信號Uz和低電位信號UD 。2 過零比較器圖83為過零比較器。 這時，比較器的基準電壓為零，當輸入電壓越過零值時，比較器的輸出電壓出現(xiàn)躍變，運算放大器的輸出電壓為正、負飽和壓降，當輸入信號為正弦信號時，過零比較器會將正弦信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎?、負半周相等的方波信號。圖83 過零比較器圖84（a）是帶有雙向限幅的過零比較器，Vz為雙向限幅穩(wěn)壓管，為限流電阻。輸入信號從反相輸入端輸入，同相端輸入端接地，比較器的基準電壓為零。當輸入電壓 時，比較器的輸出電壓

5、當輸入電壓 時，比較器的輸出電壓 其電壓傳輸特性如圖83（b）所示。(a)電路圖(b)電壓傳輸特性圖84 帶雙向限幅電路的過零比較器五、實驗過程1 實驗電路的聯(lián)接運算放大器及應用電路板如下圖所示。連線前，應關(guān)閉實驗箱的電源開關(guān)，然后按照原理圖聯(lián)接集成運算放大器的外部元件，并確認接線準確無誤。 再將實驗箱的正、負電源電壓調(diào)節(jié)到 ±12 V， 用導線將±12 V電源分別聯(lián)接到集成運算放大器相應的管腳處， 將±12V電源的地線與實驗電路板的地線相聯(lián)。 注意：集成運算放大器的正、負電源不能接反，不能將電源的輸出端短路，否則會損壞集成運算放大器或?qū)嶒炏涞闹绷麟娫础?2 電壓

6、比較器按照圖81聯(lián)線，設比較器的基準電壓 UR3V，待電路連完后，檢查接線并確保接線無誤后，閉合實驗箱電源開關(guān)，給實驗電路供電。 調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出 f = 1k Hz、ui < 2V（用示波器監(jiān)測）的正弦波信號，用同軸電纜線將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端與實驗電路的輸入端相連，用同軸電纜線將輸入信號ui 、輸出信號uo 與示波器相連，進行雙蹤顯示，觀察 ui 與 uo 的波形。用示波器測量電壓比較器的輸入電壓 ui 及輸出電壓uo 的峰峰值，將測量結(jié)果記入表81中。 在坐標軸中畫出電壓比較器的ui 與 uo 的波形。 畫波形時應注意ui 與 uo 之間的相位關(guān)系及電壓的幅值。表81

7、電壓峰峰值（ UR3 V ）輸入電壓與輸出電壓的波形 UippUopp3 雙向限幅過零比較器按圖84 連線。 將運算放大器的同相輸入端接地， 這時比較器的基準電壓 UR 為零。 接線完成后， 仔細檢查接線并確定接線無誤、運算放大器的正、負電源連接無誤。 閉合實驗箱電源開關(guān)，給實驗電路供電。調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出 f = 1k Hz、Vi < 2V（用示波器監(jiān)測）的正弦波信號，用同軸電纜線將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端與實驗電路的輸入端相連， 用同軸電纜線將實驗電路的輸入電壓 ui 及輸出電壓uo 接到雙蹤示波器，進行雙蹤顯示。觀察ui 與 uo 的波形。表82電壓峰峰值（ UR0 V ）

8、輸入電壓與輸出電壓的波形 UippUopp用示波器測量過零比較器的輸入電壓 ui 及輸出電壓uo 的峰峰值， 將測量結(jié)果記入表82中。 在坐標軸中畫出電壓比較器的ui 與 uo波形。 畫波形時應注意ui 與 uo 之間的相位關(guān)系及電壓的幅值。 六、注意事項 (1) 實驗前需要做充分的準備：預習實驗內(nèi)容，寫出預習報告。無預習報告者不得進入實驗室做實驗。(2) 放置集成塊LM358時，應將它的半圓形缺口標志與集成塊插座的半圓形缺口標志對齊。 插、拔集成塊應在斷電狀態(tài)下進行。(3) LM358集成塊的正、負電源與地線不能接反或者接錯。(4) 在實驗連線中、檢查實驗連線時以及實驗結(jié)束后拆線時，均應切斷實驗箱的電源，在斷電狀態(tài)下操作。(5) 實驗完畢，拆線時用力不要過猛，以防拔斷導線，最好是輕輕的旋拔。做完實驗后，收拾好實驗設備與器材，經(jīng)實驗指導老師檢查并簽字后方可離開實驗室。七、實驗預