实验八集成运算放大器的基本应用--电压比较器实验报告.doc

实验八 集成运算放大器的基本应用(Ⅲ)—电压比较器 一、实验目的 　1、 掌握电压比较器的电路构成及特点。 　2、 学会测试比较器的方法。 二、实验原理 电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量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，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图8－1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压ui加在反相输入端。 (a)电路图 (b)传输特性 图8－1 电压比较器 当ui＜UR时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即　　 uO＝UZ 当ui＞UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即 uo＝－UD 因此，以UR为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态。高电位和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。 图8－1(b)为(a)图比较器的传输特性。 常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。 1、过零比较器 电路如图8－2所示为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。当Ui＞0时，输出UO＝-(UZ+UD)，当Ui＜0时，UO＝+(UZ+UD)。其电压传输特性如图8－2（b）所示。 过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。 (a) 过零比较器 (b) 电压传输特性 图8－2 过零比较器 2、滞回比较器 图8－3为具有滞回特性的过零比较器 过零比较器在实际工作时，如果ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，uO将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此， 就需要输出特性具有滞回现象。 如图8－3所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若uo改变状态，∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当uo为正（记作U+） ，则当ui＞U∑后，uO即由正变负（记作U-），此时U∑变为－U∑。故只有当ui下降到－U∑以下，才能使uO再度回升到U+，于是出现图8-3(b)中所示的滞回特性。－U∑与U∑的差别称为回差。改变 R2的数值可以改变回差的大小。 (a) 电路图 　　 (b) 传输特性 图8－3 滞回比较器 3、窗口（双限）比较器 简单的比较器仅能鉴别输入电压ui比参考电压UR高或低的情况，窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图8－4所示，它能指示出ui值是否处于和之间。如＜Ui＜，窗口比较器的输出电压UO等于运放的正饱和输出电压(+Uomax)，如果Ui＜或Ui＞，则输出电压U0等于运放的负饱和输出电压(－UOmax)。 （a）电路图　　　　 　　　　　　　　（b）传输特性 图8－4 由两个简单比较器组成的窗口比较器 三、实验设备与器件 1、±12V 直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、直流电压表 5、交流毫伏表 6、运算放大器 μA741×2 7、稳压管2CW231×1　 8、二极管 4148×2；电阻器等 四、实验内容 1、过零比较器 实验电路如图8－2所示 (1) 接通±12V电源。 (2) 测量ui悬空时的UO值。 (3) ui输入500Hz、幅值为2V的正弦信号，观察ui→uO波形并记录。 (4) 改变ui幅值，测量传输特性曲线。 图8－5 反相滞回比较器 2、反相滞回比较器 实验电路如图8－5所示 (1) 按图接线，ui接＋5V可调直流电源，测出uO由＋Uomcx→－Uomcx时ui的临界值。 (2) 同上，测出uO由－Uomcx→＋Uomcx时ui的临界值。 (3) ui接500Hz，峰值为2V的正弦信号，观察并记录 ui→uO波形。 (4) 将分压支路100K电阻改为200K，重复上述实验，测定传输特性。 3、同相滞回比较器 实验线路如图8－6所示 (1) 参照2，自拟实验步骤及方法 (2) 将结果与2进行比较 图8－6 同相滞回比较器 4、窗口比较器 参照图8-4自拟实验步骤和方法测定其传输特性。 五、实验总结 1、整理实验数据，绘制各类比较器的传输特性曲线 2、总结几种比较器的特点，阐明它们的应用。 六、预习要求 　1、复习教材有关比较器的内容 　2、画出各类比较器的传输特性曲线。 3、若要将图8-4窗口比较器的电压