实验十二 集成运算放大器(Ⅱ)--比较器

实验十二 集成运算放大器（Ⅳ）

—电压比较器

一、实验目的

1. 掌握比较器电路的构成及电路特点。 2. 学习、掌握比较器的测试方法。

二、实验原理

电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。电压比较器的种类有：单限比较器、滞回比较器和窗口比较器。

1. 单限比较器

信号幅度比较就是将一个模拟量的电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近输出电压将产生跃变。单限比较器将输入信号ui和参考电压UREF进行比较，这时集成运放处于开环状态，具有很高的开环电压增益，当ui在参考电压UREF附近有微小的变化时，运放输出电压将会从一个饱和值过渡到另一个饱和值。我们把比较器输出电压uO从一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压ui值称为“门限电压”或“阈值电压”Uth。

单限比较器电路只有一个阈值电压，输入电压ui逐渐增大或减小过程中，当通过Uth

时，输出电压uO产生跃变，从高电平UOH跃变为低电平UOL，或者从UOL跃变为UOH。单限比较器的电压传输特性见图12-1（a）。

当输入信号ui从同相端输入，参考电压UREF接在反相端，且只有一个门限电压，此种电路称为同相输入单门限电压比较器；而当输入信号ui从反相端输入，参考电压UREF接在同相端的电路称为反相输入单门限电压比较器。

单限比较器常用于超限报警、模数转换及波形变换等场合。 2.滞回比较器

单限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等优点，但抗干扰能力较差。滞回比较器具有迟滞回环传输特性，大大提高了抗干扰能力。

滞回比较器电路有两个阈值电压，输入电压ui从小变大过程中，使输出电压uO产生跃变的阈值电压Uth1，不等于从大变小过程中使输出电压uO产生跃变的阈值电压Uth2，电路具有滞回特性。图12-1（b）是滞回比较器电路的电压传输特性。滞回比较器电路与单限比较器的相同之处在于：当输入电压向单一方向变化时，输出电压只跃变一次。

3.窗口比较器

简单的比较器仅能鉴别输入电压ui比参考电压UREF高或低的情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成，它能够指示出输入电压ui的值是否处于两个阈值电压Uth1和Uth2之间。

窗口比较电路有两个阈值电压，输入电压ui从小变大或从大变小过程中，使输出电压

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uO产生两次跃变。它与前面两种比较器的区别在于：输入电压向单一方向变化过程中，输出电压跃变两次。窗口比较的电压传输特性如图12-1（c）所示。

uoUOHUthOUOLuiUth1OUOLuoUOHuiuiuoUth2OUth1Uth2

（a） 单限比较器 （b） 滞回比较器 （c） 窗口比较器

图12-1 电压比较器电压传输特性举例

三、实验仪器与设备

1. DS1052E型数字示波器

2. DG1022型双通道函数/任意波形发生器 3. YB2173F智能数字交流毫伏表 4. DT9205型数字万用表 5. EL-ELA-Ⅳ型模拟电路实验仪

四、实验内容及步骤

1. 单限电压比较器

（1）按图12-2连接实验电路，构成反相输入单门限电压比较器。输入电压ui由实验仪中的一路-5V~ +5V可调直流信号源提供，参考电压UREF则由另一路-5V~ +5V可调直流信号源提供，使参考电压UREF=1V，调节ui的大小，用直流电压档测量输入、输出电压，观察当ui＞UREF及ui＜UREF时，输出电压发生的变化，记录实验数据于表12-1中。

（2）按图12-2连接实验电路，取参考电压UREF=0V，构成反相输入过零比较器。用函数信号发生器，在电路的输入端输入ui=1V，f=500HZ的正弦信号，观察输入、输出波形，，测量两波形的幅度标在图中，将实验数据记录于表12-1中。

表12-1 单限电压比较器测量记录

单限电压比较器 ui ui＞UREF uo单限反相输入过零比较器 uiOtuO（V） ui＜UREF Ot

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2. 滞回比较器

实验电路如图12-3所示，按图连接好电路，使UREF=0V，在输入端输入ui=1V，f=500HZ的正弦信号，将ui送至示波器的CH1通道（X轴），uO送至CH2通道（Y轴）。示波器由Y-T状态转至X-Y状态，观察滞回比较器电路的电压传输特性，记录于图12-4中，测量并在图中标注出比较器的上门限电压Uth+和下门限电压Uth及UOH、UOL。

R310kΩuo+12V∞R1kΩ△+12VuiuiR1kΩ-uo-∞A+ -12VUREF图12-2 单限电压比较器 图12-3 滞回比较器

五、预习报告要求

1. 复习由运算放大器组成电压比较器和迟滞比较器的工作原理。

2. 计算图12-3电路的上门限电压Uth+和下门限电压Uth-，其中UDZ=7V。

Ouiuo六、实验报告要求

1. 总结两种电压比较器的特点。 2. 回答思考题：

（1）运算放大器做电压比较器时是否需要调零？ 图12-4滞回比较器电压传输特性 （2）利用迟滞比较器将输入的正弦波转换为输出的矩形波，当输入信号的幅值小于门限电压时，输出能否被转换成矩形波？

△+ -12VR110kΩUREFR2100kΩ±UDZA±UDZ

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