电子技术实验报告实验10集成运算放大器构成的电压比较器.docx

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电子技术实验报告实验10集成运算放大器构成的电压比较器

电子技术实验报告

实验名称：

集成运算放大器构成的电压比较器

系别：

班号：

实验者姓名：

学号：

实验日期：

实验报告完成日期：

一、实验目的

1.掌握电压比较器的模型及工作原理

2.掌握电压比较器的应用

二、实验原理

电压比较器主要用于信号幅度检测——鉴幅器；根据输入信号幅度决定输出信号为高电平或低电平；或波形变换；将缓慢变化的输入信号转换为边沿陡峭的矩形波信号。

常用的电压比较器为：

单限电压比较器；施密特电压比较器窗口电压比较器；台阶电压比较器。

下面以集成运放为例，说明构成各种电压比较器的原理。

1.集成运算放大器构成的单限电压比较器

集成运算放大器构成的单限电压比较器电路如图1（a）所示。

由于理想集成运放在开环应用时，AV→∞、Ri→∞、Ro→0；则当ViER时，VO=VOL；由于输出与输入反相，故称之为反相单限电压比较器；通过改变ER值，即可改变转换电平VT（VT≈ER）；当ER=0时，电路称为“过零比较器”。

同理，将Vi与ER对调连接，则电路为同相单限电压比较器。

2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器

集成运算放大器构成的施密特电压比较器电路如图2（a）所示。

当VO=VOH时，；VT+称为上触发电平；

当VO=VOL时，；VT-称为下触发电平；

回差电平：

当Vi从足够低往上升，若Vi>VT+时，则Vo由VOH翻转为VOL；

当Vi从足够高往下降，若Vi

由于VT+、VT-不相等，故称为双限电压比较器，而其电压传输特性曲线具有迟滞回线形状，又称迟滞比较器；由于输入足够低时，输出为高；输入足够高时，输出为低；故称为反相施密特电压比较器；通过改变ER值，即可改变上、下触发电平VT+、VT-；同理，将Vi与ER对调连接，则电路为同相施密特电压比较器。

三、实验仪器

1. 示波器1台

2. 函数信号发生器1台

3. 数字万用表1台 

4. 多功能电路实验箱1台 

四、实验内容

1. 单限电压比较器 

（1） 按图1（a）搭接电路，其中R1=R2=10kΩ，ER由实验箱提供；

（2） 观察图1（a）电路的电压传输特性曲线；

电压传输特性曲线的测量方法：

用缓慢变化信号（正弦、三角）作Vi（Vip-p=15V、f=200Hz），将Vi=接示波器X（CH1）输入，VO接示波器Y（CH2）输入，令示波器工作在外扫描方式（X-Y）；观察电压传输特性曲线。

①实验观察到的波形图：

②（X-Y）：

③仿真观察到的波形图：

可以看到波形中间出现了失真，推测是输入电压过大，超过了电路的允许范围，将Vip-p改为12V后，波形正常。

（3）用直流电压表测量参考电压ER值，调节RW，观察特性曲线的转换电平VT随ER的变化情况；当VT=1V时，记下ER的值，定量记录电压传输特性曲线；

当VT=1.00000V时，ER=1.1506V；

（4）当VT=1V时，令示波器工作在内扫描方式（V~t），同时观察并画出Vi、VO波形；根据电路工作原理，用示波器测量Vi的转换电平VT值；改变RW，观察ER减小时，VO正脉宽tu+的变化情况；当ER=0时，观察VO波形，说明为什么当Vi直流成分为0时，VO为对称方波？

①实验观察到的波形图：

②画出的波形：

当ER减小时，正脉冲的宽度逐渐变小。

当ER=0时，VT=0，此时Vi>VT和Vi

2. 施密特电压比较器

（1） 按图2（a）搭接电路，其中R1=R3=10kΩ，R2为10kΩ电位器，ER由实验箱提供； 

（2） 用电压传输特性曲线测量方法观察图2（a）电路的电压传输特性曲线；

①实验观察到的波形图：

②仿真观察到的波形图（vip-p=13V）：

（3） 调节R2电位器，观察ΔVT变化情况；当ΔVT=4V，调节RW，用直流电压表测量ER的值，当ER=2V，定量记录电压传输特性曲线；

ΔVT=4.02500V，ER=2.002V

（4） 调节RW,观察电压传输特性曲线的变化情况，当ER=0V时，测量VT-、VT+的值；

当ER=0.002V时，VT+=1.99500V，VT-=-2.06500V

（5） 令示波器工作在内扫描方式，同时观察并画出Vi、VO波形；根据电路工作原理，用示波器测量Vi的转换电平VT-、VT+的值；改变RW,观察ER减小时，Vo的正脉宽的变化情况。

①实验观察到的波形：

②画出的波形：

ER减小时，Vo的正脉宽变小。

五、实验小结与疑问

实验小结：

1.在做运放实验时，接线需要小心谨慎，特别是对于偏置电压的接入，一定要判断清楚恒压源的正负极才能接入。

否则一旦出现线路接错，很容易就会烧掉运放。

2.对于集成运放基本运算电路实验，在做实验前先进行软件仿真了解其基本特性是一个很好的方法。

这样能够使得自己在自己动手做实验对于实验结果有一定的预期，不但可以提高做实验的效率，而且也是减小实验失误的有效方法之一。

3.实验前应检验电路元器件，包括是否损坏，以及标称值与实际值的差异。

我们不能轻易相信电阻的色环等标称值，有些元器件由于长时间放置，老化，或者本身就具有较大的误差，标称值与实际值有很大的差别，元器件的实际值在实验前均需重新测定，否则直接做实验很容易出现较大误差甚至错误，而且不利于实验矫正。

4.施密特电压比较器的特点 

（1）有两个阈值电压，运放工作非线性

（2）迟滞比较器抗干扰能力强

疑问：

做仿真时，当输入电压峰峰值调到15V时，波形就会不正确，而真正做实验时，又没有这个问题，为什么呢？