实验十四 集成运算放大器的基本应用——电压比较器
一、实验目的
1．掌握比较器的电路构成及特点。
2．学会测试比较器的方法。
二、实验仪器
1．双踪示波器
2．万用表
三、实验原理
1．图5－48所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图5－48（b）为（a）图比较器的传输特性。
图5－48 电压比较器
当Ui＜UR时，运放输出高电平，稳压管VDZ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，VDZ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。
2．常用的幅度比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器（又称Schmitt触发器）、双限比较器（又称窗口比较器）等。
（1）图5－49为简单过零比较器
图5－49 过零比较器
（2）图5－50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5－50所示：
图5－50 具有滞回特性的过零比较器
从输出端引一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo改变状态，U∑点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当Uo为正（记作UD
则当UD＞U∑后，Uo即由正变负（记作－UD），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UD，于是出现图（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。
（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5－51所示，它能指示出Ui值是否处于
之间。
图5－51 两个简单比较器组成的窗口比较器
四、实验内容
1．过零电压比较器
（1）如图5－52所示在运放系列模块中正确连接电路，打开直流开关，用万用表测量Ui悬空时的Uo。
（2）从Ui输入500Hz、峰峰值为2V的正弦信号，用双踪示波器观察Ui—Uo波形。
（3）改变Ui幅值，测量传输特性曲线。
2．反相滞回比较器
图5－52 过零比较器
图5－53 反相滞回比较器
（1）如图5－53所示正确连接电路，打开直流开关，调好一个－4．2V→＋4．2V可调直流信号源作为Ui，用万用表测出Ui由＋4．2V→－4．2V时Uo值发生跳变时Ui的临界值。
（2）同上，测出Ui由－4．2V→＋4．2V时Uo值发生跳变时Ui的临界值。
（3）把Ui改为接500Hz，峰峰值为2V的正弦信号，用双踪示波器观察Ui—Uo波形。
（4）将分压支路100kΩ电阻（R3）改为200kΩ（100kΩ＋100kΩ），重复上述实验，测定传输特性。
3．滞回比较器
（1）如图5－54所示正确连接电路，参照2，自拟实验步骤及方法。
（2）将结果与2相比较。
图5－54 同相滞回比较器
4．＊窗口比较器
参照图5－51自拟实验步骤和方法测定其传输特性。
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