实验8电压比较器.doc

实验八电压比较器
实验目的
1. 了解电压比较器的结构与特点
2. 了解电压比较器的输出信号
3. 掌握电压比较器输出信号的测试方法
二、实验器材
1. 1台编号为 RTMD-4 的模拟电路实验箱
2. 1块编号为 UT70A 的数字万用表
3. 1台编号为 SS-7802A 的双踪示波器
4. 1台编号为 GFG-8255A 的函数信号发生器
5. 1块编号为 LM358 的集成运算放大器
6. 1个型号为 2CW231 的稳压管
7. 1块运算放大器及应用电路板
三、实验内容
1. 电压比较器
2. 过零比较器
四、实验原理
电压比较器
电压比较器是集成运算放大器在信号处理方面的应用。电压比较器的输入电压ui和比较器的基准电压UR相比较,当 ui 与UR 相等时,比较器的输出电压将产生跃变,相应的输出为正、负饱和压降 Uo (sat) 。可见, 电压比较器可以将输入模拟信号ui 转变为输出方波信号 uo , 应用于模拟信号与数字信号的转化等领域。

图8-1 电压比较器
电压比较器电路如图8-1 所示,当ui 与UR 相同时,电压比较器输出一个方波信号,其幅值等于运算放大器的正、负饱和压降Uo (sat) 。 Uo (sat) 数值较大,近似等于电路的电源电压。如果要求比较器的输出电压为后级电路所需要的数值,可以在比较器电路中增加限幅电路,图8-2(a)为带单向限幅的电压比较器。图中,UR 为比较器的基准电压,加在运算放大器的同相输入端,输入信号 ui 加在反相输入端,限流电阻R及稳压管VZ 构成限幅电路,使得电压比较器输出的正向电压变为稳压管的稳定电压UZ 。带单向限幅电路的电压比较器, 其电压传输特性如图8-2(b) 所示。
(a) 电路图(b) 电压传输特性
图8-2 带单向限幅电路的电压比较器
从电压传输特性可以看出,当u i < UR 时,运算放大器输出正饱和压降,限幅电路中的稳压管Vz反向击穿, 比较器输出端电压被稳压管箝制在稳压管的稳定电压Uz,故有:

当 u i > UR时,运算放大器输出负饱和压降,稳压管Vz正向导通,比较器输出电压等于稳压管的正向导通压降UD,故有:
uo =-UD
可见,在电压比较器中,以基准电压UR 为比较器输出电压跃变的界线,当输入电压变化越过基准电压时, 输出电压从一种输出状态变为另一种输出状态,这两种状态分别为:高电位信号Uz和低电位信号-UD 。
2. 过零比较器
图8-3为过零比较器。这时,比较器的基准电压为零,当输入电压越过零值时,比较器的输出电压出现跃变,运算放大器的输出电压为正、负饱和压降,当输入信号为正弦信号时,过零比较器会将正弦信号转变为正、负半周相等的方波信号。
图8-3 过零比较器
图8—4(a)是带有双向限幅的过零比较器,Vz为双向限幅稳压管,为限流电阻。输入信号从反相输入端输入,同相端输入端接地,比较器的基准电压为零。
当输入电压时,比较器的输出电压
当输入电压时,比较器的输出电压
其电压传输特性如图8—3(b)所示。
(a) 电路图(b) 电压传输特性
图8-4 带双向限幅电路的过零比较器
五、实验过程
1. 实验电路的联接
运算放大器及应用电路板如下图所示。
连线前,应关闭实验箱的电源