模电实验电压比较器.docx

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模电实验电压比较器

实验九  电压比较器

一、实验目的

1.掌握比较电路的电路构成及特点。

2.学会测试比较电路的方法。

二、实验原理

电压比较器是对输入信号进行鉴幅和比较的电路，就是将一个模拟电压信号去与一个参考电压信号相比较，当两者相等时，输出电压状态将发生突然跳变。

常见的比较器类型有：

过零电压比较器、滞回电压比较器等。

三、实验设备与器件

1.双踪示波器

2.信号发生器

3.数字万用表

四、实验内容

1.过零比较器

实验电路如图9－1所示

图9－1 过零比较电路

（1）按图接线，Vi悬空时的测量Vo电压。

（2）Vi输入500Hz有效值为1V的正弦波，观察Vi-Vo的波形并记录。

（3）改变Vi幅值，观察Vo变化。

2.反相滞回比较电路

实验电路如图9－2所示

图9－2反相滞回比较电路

（1）按图接线，并将RF调为100K，Vi接DC电压源，测出Vo由+Vom→-Vom时Vi的临界值。

（2）同上，Vo由-Vom→+Vom

（3）Vi接500Hz，有效值为1V的正弦信号，观察并记录Vi-Vo波形。

（4）将电路中RF调为200K，重复上述实验。

3.同相滞回比较器

实验线路如图9－3所示

图9－3 同相滞回比较电路

（1）参照2自拟实验步骤及方法。

（2）将结果与2相比较。

五、实验总结

1.整理实验数据及波形图，并与预习计算值比较。

2.总结几种比较电路特点。

六、预习要求

1.分析图9－1电路，回答以下问题

⑴．比较电路是否要调零？

原因何在？

⑵．比较电路两个输入端电阻是否要求对称？

为什么？

⑶．运放两个输入端电位差如何估计？

2.分析图9－2电路，计算：

⑴．使Vo由+Vom变为-Vom的Vi临界值。

⑵．使Vo由-Vom变为+Vom的Vi临界值。

⑶．若由Vi输入有效值为1V正弦波，试画出Vi-Vo的波形图。

3.分析图9－3电路，重复2的各步。

4.按实验内容准备记录表格及记录波形的座标纸。

实验十 波形发生器

一、实验目的

1、学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。

2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

二、实验原理

由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简单的几种电路加以分析。

1、RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）

图10－1为RC桥式正弦波振荡器。

其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。

调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。

利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。

D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。

R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

电路的振荡频率

起振的幅值条件

≥2　

式中Rf＝RW＋R2＋（R3//rD），rD—二极管正向导通电阻。

调整反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小。

如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。

如波形失真严重，则应适当减小Rf。

改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。

一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。

图10－1 RC桥式正弦波振荡器

2、方波发生器

由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。

图10-2所示为由滞回比较器及简单RC积分电路组成的方波—三角波发生器。

它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。

主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。

电路振荡频率

式中　R1＝R1'＋RW' R2＝R2'＋RW"

方波输出幅值 　Uom＝±UZ

三角波输出幅值　

调节电位器RW（即改变R2／R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。

如要互不影响，则可通过改变Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节。

图10－2 方波发生器

3、　三角波和方波发生器

如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图10－3所示，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。

图10－4为方波、三角波发生器输出波形图。

由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。

图10-3 三角波、方波发生器

电路振荡频率 

方波幅值　  　U′om＝±UZ

三角波幅值　 　

调节RW可以改变振荡频率，改变比值

可调节三角波的幅值。

图10－4　方波、三角波发生器输出波形图

三、实验设备与器件

1、±12V直流电源     　2、双踪示波器

3、交流毫伏表       4、频率计

5、集成运算放大器μA741×2    6、二极管IN4148×2

7、稳压管2CW231×1    电阻器、电容器若干。

四、实验内容

1、RC桥式正弦波振荡器

按图10－1连接实验电路。

1）　接通±12V电源，调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。

描绘uO的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的RW值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。

2）　调节电位器RW，使输出电压uO幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压UO、反馈电压U+和U-，分析研究振荡的幅值条件。

3）用示波器或频率计测量振荡频率fO，然后在选频网络的两个电阻

R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并与理论值进行比较。

4）断开二极管D1、D2，重复2）的内容，将测试结果与2）进行比较，

分析D1、D2的稳幅作用。

2、方波发生器

按图10－2连接实验电路。

1）　将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波uO及三角波uC的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。

2）　改变RW动点的位置，观察uO、uC幅值及频率变化情况。

把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。

3）　将RW恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察uO波形，分析DZ的限幅作用。

3、三角波和方波发生器

按图10－3连接实验电路。

1）　将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出u0及方波输出uO′，测其幅值、频率及RW值，记录之。

2）　改变RW的位置，观察对uO、uO′幅值及频率的影响。

3）　改变R1（或R2），观察对uO、uO′幅值及频率的影响。

五、实验总结

1、正弦波发生器

1）　列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较

2）　根据实验分析RC振荡器的振幅条件

3）　讨论二极管D1、D2的稳幅作用。

2、方波发生器

1）　列表整理实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值）。

2）　分析RW变化时，对uO波形的幅值及频率的影响。

3）　讨论DZ的限幅作用。

3、三角波和方波发生器

1）　整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。

2）　在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值。

3）　分析电路参数变化（R1，R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响。

六、预习要求

1、复习有关RC正弦波振荡器、三角波及方波发生器的工作原理，并估算图10－1、10－2、10－3电路的振荡频率。

2、设计实验表格

3、为什么在RC正弦波振荡电路中要引入负反馈支路？

为什么要增加二极管D1和D2？

它们是怎样稳幅的？

4、电路参数变化对图10－2、10－3产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响？

（或者：

怎样改变图10－2、10－3电路中方波及三角波的频率及幅值？

）

5、在波形发生器各电路中，“相位补偿”和“调零”是否需要？

为什么？

6、怎样测量非正弦波电压的幅值？