模電實(shí)驗(yàn)-電壓比較器

實(shí)驗(yàn)九電壓比較器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握比較電路的電路構(gòu)成及特點(diǎn)。2.學(xué)會(huì)測(cè)試比較電路的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅和比較的電路，就是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)去與一個(gè)參考電壓信號(hào)相比較，當(dāng)兩者相等時(shí)，輸出電壓狀態(tài)將發(fā)生突然跳變。常見的比較器類型有：過零電壓比較器、滯回電壓比較器等。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1.雙蹤示波器2.信號(hào)發(fā)生器3.數(shù)字萬用表四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.過零比較器實(shí)驗(yàn)電路如圖9－1所示圖9－1過零比較電路(1)按圖接線，Vi懸空時(shí)的測(cè)量Vo電壓。(2)Vi輸入500Hz有效值為1V的正弦波，觀察Vi-Vo的波形并記錄。(3)改變Vi幅值，觀察Vo變化。2.反相滯回比較電路實(shí)驗(yàn)電路如圖9－2所示圖9－2反相滯回比較電路(1)按圖接線，并將RF調(diào)為100K，Vi接DC電壓源，測(cè)出Vo由+Vom→-Vom時(shí)Vi的臨界值。(2)同上，Vo由-Vom→+Vom(3)Vi接500Hz，有效值為1V的正弦信號(hào)，觀察并記錄Vi-Vo波形。(4)將電路中RF調(diào)為200K，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。3.同相滯回比較器實(shí)驗(yàn)線路如圖9－3所示圖9－3同相滯回比較電路(1)參照2自擬實(shí)驗(yàn)步驟及方法。(2)將結(jié)果與2相比較。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1.整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形圖，并與預(yù)習(xí)計(jì)算值比較。2.總結(jié)幾種比較電路特點(diǎn)。六、預(yù)習(xí)要求1.分析圖9－1電路，回答以下問題⑴．比較電路是否要調(diào)零？原因何在？⑵．比較電路兩個(gè)輸入端電阻是否要求對(duì)稱？為什么？⑶．運(yùn)放兩個(gè)輸入端電位差如何估計(jì)？2.分析圖9－2電路，計(jì)算：⑴．使Vo由+Vom變?yōu)?Vom的Vi臨界值。⑵．使Vo由-Vom變?yōu)?Vom的Vi臨界值。⑶．若由Vi輸入有效值為1V正弦波，試畫出Vi-Vo的波形圖。3.分析圖9－3電路，重復(fù)2的各步。4.按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備記錄表格及記錄波形的座標(biāo)紙。實(shí)驗(yàn)十波形發(fā)生器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)用集成運(yùn)放構(gòu)成正弦波、方波和三角波發(fā)生器。2、學(xué)習(xí)波形發(fā)生器的調(diào)整和主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理由集成運(yùn)放構(gòu)成的正弦波、方波和三角波發(fā)生器有多種形式，本實(shí)驗(yàn)選用最常用的，線路比較簡單的幾種電路加以分析。1、RC橋式正弦波振蕩器（文氏電橋振蕩器）圖10－1為RC橋式正弦波振蕩器。其中RC串、并聯(lián)電路構(gòu)成正反饋支路，同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，R1、R2、RW及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電位器RW，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管D1、D2正向電阻的非線性特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1、D2采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對(duì)稱。R3的接入是為了削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真。電路的振蕩頻率起振的幅值條件≥2式中Rf＝RW＋R2＋（R3rD），rD—二極管正向?qū)娮?。調(diào)整反饋電阻Rf（調(diào)RW），使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大Rf。如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減小Rf。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)C或R，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容C作頻率量程切換，而調(diào)節(jié)R作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。圖10－1RC橋式正弦波振蕩器2、方波發(fā)生器由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部分。圖10-2所示為由滯回比較器及簡單RC積分電路組成的方波—三角波發(fā)生器。它的特點(diǎn)是線路簡單，但三角波的線性度較差。主要用于產(chǎn)生方波，或?qū)θ遣ㄒ蟛桓叩膱?chǎng)合。電路振蕩頻率式中R1＝R1'＋RW'R2＝R2'＋RW"方波輸出幅值Uom＝±UZ三角波輸出幅值調(diào)節(jié)電位器RW（即改變R2／R1），可以改變振蕩頻率，但三角波的幅值也隨之變化。如要互不影響，則可通過改變Rf（或Cf）來實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。圖10－2方波發(fā)生器3、三角波和方波發(fā)生器如把滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)，如圖10－3所示，則比較器A1輸出的方波經(jīng)積分器A2積分可得到三角波，三角波又觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波，這樣即可構(gòu)成三角波、方波發(fā)生器。圖10－4為方波、三角波發(fā)生器輸出波形圖。由于采用運(yùn)放組成的積分電路，因此可實(shí)現(xiàn)恒流充電，使三角波線性大大改善。圖10-3三角波、方波發(fā)生器電路振蕩頻率方波幅值Uom＝±UZ三角波幅值調(diào)節(jié)RW可以改變振蕩頻率，改變比值可調(diào)節(jié)三角波的幅值。圖10－4方波、三角波發(fā)生器輸出波形圖三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、±12V直流電源2、雙蹤示波器3、交流毫伏表4、頻率計(jì)5、集成運(yùn)算放大器μA741×26、二極管IN4148×27、穩(wěn)壓管2CW231×1電阻器、電容器若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、RC橋式正弦波振蕩器按圖10－1連接實(shí)驗(yàn)電路。1)接通±12V電源，調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出波形從無到有，從正弦波到出現(xiàn)失真。描繪uO的波形，記下臨界起振、正弦波輸出及失真情況下的RW值，分析負(fù)反饋強(qiáng)弱對(duì)起振條件及輸出波形的影響。2)調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出電壓uO幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別測(cè)量輸出電壓UO、反饋電壓U+和U-，分析研究振蕩的幅值條件。用示波器或頻率計(jì)測(cè)量振蕩頻率fO，然后在選頻網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電阻R上并聯(lián)同一阻值電阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況，并與理論值進(jìn)行比較。斷開二極管D1、D2，重復(fù)2)的內(nèi)容，將測(cè)試結(jié)果與2)進(jìn)行比較，分析D1、D2的穩(wěn)幅作用。2、方波發(fā)生器按圖10－2連接實(shí)驗(yàn)電路。1)將電位器RW調(diào)至中心位置，用雙蹤示波器觀察并描繪方波uO及三角波uC的波形（注意對(duì)應(yīng)關(guān)系），測(cè)量其幅值及頻率，記錄之。2)改變RW動(dòng)點(diǎn)的位置，觀察uO、uC幅值及頻率變化情況。把動(dòng)點(diǎn)調(diào)至最上端和最下端，測(cè)出頻率范圍，記錄之。3)將RW恢復(fù)至中心位置，將一只穩(wěn)壓管短接，觀察uO波形，分析DZ的限幅作用。3、三角波和方波發(fā)生器按圖10－3連接實(shí)驗(yàn)電路。1)將電位器RW調(diào)至合適位置，用雙蹤示波器觀察并描繪三角波輸出u0及方波輸出uO，測(cè)其幅值、頻率及RW值，記錄之。2)改變RW的位置，觀察對(duì)uO、uO幅值及頻率的影響。3)改變R1(或R2)，觀察對(duì)uO、uO幅值及頻率的影響。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、正弦波發(fā)生器1)列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形，把實(shí)測(cè)頻率與理論值進(jìn)行比較2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析RC振蕩器的振幅條件3)討論二極管D1、D2的穩(wěn)幅作用。2、方波發(fā)生器1)列表整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一座標(biāo)紙上，按比例畫出方波和三角波的波形圖（標(biāo)出時(shí)間和電壓幅值）。2)分析RW變化時(shí)，對(duì)uO波形的幅值及頻率的影響。3)討論DZ的限幅作用。3、三角波和方波發(fā)生器1)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，把實(shí)測(cè)頻率與理論值進(jìn)行比較。2)在同一坐標(biāo)紙上，按比例畫出三角波及方波的波形，并標(biāo)明時(shí)間和電壓幅值。3)分析電路參數(shù)變化（R1，R2和RW）對(duì)輸出波形頻率及幅值的影響。六、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)有關(guān)RC正弦波振蕩器、三角波及方波發(fā)生器的工作原理，并估算圖10－1、10－2、10－3電路的振蕩頻率。2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格3、為什么在RC正弦波振蕩電路中要引