東南大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)比較器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 模擬電子電路實(shí)驗(yàn) 第 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 比較器電路 院 （系）： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 驗(yàn) 室: 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 年 月 日 評(píng)定成績： 審閱教師： 反相輸入單門限比較器實(shí)驗(yàn)六 比較器電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 熟悉常用的單門限比較器、遲滯比較器、窗口比較器的基本工作原理、電路特性和主要使用場(chǎng)合；2、 掌握利用運(yùn)算放大器構(gòu)成單門限比較器、遲滯比較器和窗口比較器電路各元件參數(shù)的計(jì)算方法，研究參考電壓和正反饋對(duì)電壓比較器的傳輸特性的影響；3、 了解集成電壓比較器LM311的使用方法，

2、及其與由運(yùn)放構(gòu)成的比較器的差別；4、 進(jìn)一步熟悉傳輸特性曲線的測(cè)量方法和技巧。二、實(shí)驗(yàn)原理1、 單門限電壓比較器分同相輸入和反相輸入兩種，電路結(jié)構(gòu)和傳輸特性曲線如下圖所示反相輸入單門限比較器 同相輸入單門限比較器 傳輸特性曲線窗口比較器電路傳輸特性曲線2、 窗口比較器電路如上圖所示，它由同相比較器 A1、反相比較器 A2 及二極管 D1，D2 組成。該電路功能是，可以判別輸入電壓 Vi 是否介于下參考電壓 VRL 與上參考電壓 VRH 之間(所謂的窗口)。如果VRLVi<VRH，比較器的輸出電壓 Vo 為反向最大輸出電壓-VOM，如果 Vi<VRL 或 Vi>VRH，則輸出電

3、壓Vo 將等于運(yùn)放的正向最大輸出電壓 VOM，窗口比較器廣泛用于電平檢測(cè)和報(bào)警普通運(yùn)放作為電壓比較器運(yùn)用時(shí)，由于運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率的限制，僅適合于對(duì)輸出翻轉(zhuǎn)速度要求不太高的場(chǎng)合，如果對(duì)輸出翻轉(zhuǎn)速度要求比較高可選擇集成電壓比較器。3、 集成電壓比較器比集成運(yùn)放的開環(huán)增益低，失調(diào)電壓大，共模抑制比??；但其響應(yīng)速度快，傳輸延遲時(shí)間短，而且不需外加限幅電路就可直接驅(qū)動(dòng) TTL、CMOS 和 ECL 等集成數(shù)字電路；集成電壓比較器的輸出方式分為普通、集電極（或漏極）開路輸出或互補(bǔ)輸出三種情況。LM311 為集電極（或漏極）開路輸出，必須在輸出端接一個(gè)電阻至電源才能正常工作。下圖為 LM311 作為單門限

4、電壓比較器的典型電路，其中 RPU 為上拉電阻。三、預(yù)習(xí)思考1、 用運(yùn)算放大器LM741設(shè)計(jì)一個(gè)單門限比較器，將正弦波變換成方波，運(yùn)放采用雙電源供電，電源電壓為±12V，要求方波前后沿的上升、下降時(shí)間不大于半個(gè)周期的1/10，請(qǐng)根據(jù)LM741數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的參數(shù)，計(jì)算輸入正弦波的最高頻率可為多少。答：查詢 LM741 數(shù)據(jù)手冊(cè)，可得轉(zhuǎn)換速率為 0.5V/S，電源電壓±12V 時(shí)最大輸出擺幅為±10V 左右，計(jì)算可得輸出方波的最大上升時(shí)間為 40S，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，方波前后沿的上升、下降時(shí)間不大于半個(gè)周期的 1/10，計(jì)算可得信號(hào)最大周期為 800S，即輸入正弦波的最高

5、頻率為 1.25KHz。2、 畫出遲滯比較器的輸入輸出波形示意圖，并在圖上解釋怎樣才能在示波器上正確讀出上限閾值電平和下限閾值電平。答：上圖為示波器正確讀取反向遲滯比較器上限閾值電平和下限閾值電平的示意圖，具體步驟下：輸入正弦波從示波器 CH1 接入，輸出方波信號(hào)從示波器 CH2 接入兩個(gè)通道接地，調(diào)整將兩個(gè)通道的零基準(zhǔn)線，使其重合兩個(gè)通道都選擇直流耦合，在示波器上顯示輸入輸出波形打開示波器的游標(biāo)功能，通道選擇“CH1”，功能選擇“電壓”，調(diào)出兩條水平游標(biāo)線，并分別移動(dòng)到輸入正弦波和方波的交點(diǎn)位置，如上圖紅線所示從圖中可以看出，輸入信號(hào)不斷的增加，當(dāng)增到游標(biāo) A 的位置時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為高電平；輸

6、入信號(hào)繼續(xù)變化，此時(shí)輸出不變；輸入增到最大值后逐漸降低，當(dāng)降到游標(biāo) B 的位置時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。此時(shí)游標(biāo) A 位置的讀數(shù)即是上限閥值電平，游標(biāo) B 位置的讀數(shù)即是下限閥值電平。 2）LM311 構(gòu)成單門限電壓比較器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 單門限電壓比較器：(I) 用LM741構(gòu)成一個(gè)單門限電壓比較器，基準(zhǔn)電平為0V，要求輸出高低電平為±6V，供電電壓為±12V，輸入頻率為KHZ的正弦波，用示波器觀察輸入、輸出信號(hào)波形，并用坐標(biāo)紙定量記錄（提示：可以使用穩(wěn)壓管）。1）基準(zhǔn)電平0V時(shí)單門限比較器輸入、輸出信號(hào)波形圖(f= 1khz )2）限電壓比較器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表（頻率 ）輸入信號(hào)

7、輸出信號(hào)幅度頻率基準(zhǔn)電壓周期峰峰值上升時(shí)間下降時(shí)間高電平低電平幅度寬度幅度寬度2.86v 1.001k01ms14.8v16.75us16.25us2.85v504us2.88v491us3）結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)中得到的電壓傳輸特性有一小小的滯回，如圖 8 所示， 實(shí)驗(yàn)中觀察到U  與信號(hào)頻率大小有關(guān)。當(dāng)頻率減小，U  減小，當(dāng)頻率增加，U  也增加。頻率為 200Hz  時(shí),U  約為 0. 4  伏，頻率為 50Hz 時(shí),U  約為 0.  1  伏。這是因

8、為 741  內(nèi)部并非理想電路，不同的輸出電壓下，741“+  ”端的電位略有不同。因而單門限比較器的電壓傳輸特性也有一小小的滯回。(II) 輸入信號(hào)改為100HZ的正弦波，用示波器的X-Y顯示方式測(cè)試比較器的傳輸特性，改變基準(zhǔn)電壓為±1V，觀察傳輸特性曲線的變化，并用坐標(biāo)紙定量記錄顯示的曲線（三條曲線要畫在同一坐標(biāo)平面內(nèi)）。(III) 將輸入信號(hào)改為KHZ的正弦波，重復(fù)(I)的內(nèi)容，將測(cè)得結(jié)果與(I)進(jìn)行分析比較。1） 基準(zhǔn)電平0V時(shí)單門限比較器輸入、輸出信號(hào)波形圖(f=5khz )2）基準(zhǔn)電平0V時(shí)單門限比較器傳輸特性曲線(f= 5khz )3）電壓

9、比較器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表（頻率 5khz )輸入信號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率基準(zhǔn)電壓周期峰峰值上升時(shí)間下降時(shí)間高電平低電平幅度寬度幅度寬度4.02V5khz0v200us14.2v16.9us16.1us7.2v103us7.5v98us4結(jié)果分析： 隨著頻率越來越高，回差變大，傳輸特性曲線開始傾斜，是受轉(zhuǎn)換速率的影響(IV) 將LM741改為LM311，重復(fù)（III），將測(cè)得結(jié)果與（III）進(jìn)行分析比較。1）基準(zhǔn)電平0V時(shí)LM311單門限比較器輸入、輸出信號(hào)波形圖(f= 5khz )2）基準(zhǔn)電平0V時(shí)LM311單門限比較器傳輸特性曲線(f= 5khz )3限電壓比較器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表（頻率 5khz )輸入信

10、號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率基準(zhǔn)電壓周期峰峰值上升時(shí)間下降時(shí)間高電平低電平幅度寬度幅度寬度4.02v5khz0v200us14.1v589us660us7.1v100us7v100us 4結(jié)果分析：LM311是專用的電壓比較器，可消除回差的影響，同時(shí)提高轉(zhuǎn)換速率，體現(xiàn)在上升時(shí)間和下降時(shí)間比741大大減小。2、 遲滯比較器：(I) 用LM741設(shè)計(jì)一個(gè)遲滯電壓比較器，當(dāng)輸入電壓高于7V時(shí)輸出為-6V，輸入電壓低于3V時(shí)輸出為6V，運(yùn)放供電電壓為±12V。1） 設(shè)計(jì)原理圖2)設(shè)計(jì)過程：(II) 分別輸入1KHZ和10KHZ的正弦波，用示波器觀測(cè)輸入、輸出信號(hào)波形，并用坐標(biāo)紙定量記錄顯示的信號(hào)波形，

11、比較并分析它們的結(jié)果。輸入信號(hào)輸出信號(hào)計(jì)算值幅度頻率周期峰峰值閾值電平高電平低電平回差電壓中心電壓上限下限幅度寬度幅度寬度20v1.051khz1ms14v7.22.67.1690us7.1360us4.05.220v10khz100us14v4）輸入、輸出信號(hào)波形圖（f=1KHZ）5）輸入、輸出信號(hào)波形圖（f=10KHZ）(III) 輸入信號(hào)改為100HZ的正弦波，用示波器的X-Y顯示方式測(cè)試比較器的傳輸特性，并用坐標(biāo)紙定量記錄顯示的曲線。 6）遲滯比較器傳輸特性曲線圖7）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由于實(shí)際輸入時(shí)電壓不穩(wěn)定，選擇遲滯比較器應(yīng)有合適的回差電壓，可以減少干擾，提高電路穩(wěn)定性。 五、思考題1. 試