电压比较器

模拟电子技术自主设计实验

姓名：林启震班级：04101 学号1120410121 实验日期：5.27 台号：教师签字：

电压比较器

一、实验目的

1、掌握电压比较器的分析及其计算

2、学习测试比较器的方法

二、实验仪器

1、双踪示波器

2、信号发生器

3、数字万用表

4、直流电源。

三、实验原理及测量方法

电压比较器（通常称为比较器）的功能是比较两个电压的大小。例如，将一个信号电压Ui和另一个参考电压Ur进行比较，在Ui>Ur和Ui

1、过零比较器

过零比较器是将信号电压Ui与参考电压零进行比较。如图1（a）所示，电路由集成运放构成。对于高质量的集成运放而言，其开环电压放大倍数很大，输入偏置电流、失调电压都很小。若按理想情况（A od=无穷大，

I=0,U io=0）考虑时，

IB

则集成运放开环工作时

当Ui>0时，Uo为低电平

Ui<0时，Uo为高电平

集成运放输出的高低电平值一般为最大输出正负电压值U om

(a)电路图(b)电压传输特性曲线

图1 过零比较器

2、滞回电压比较器

滞回电压比较器是由集成运放外加反馈网络构成的正反馈电路，如图2所示。Ui为信号电压，Ur为参考电压值，输出端的稳压管使输出的高低电平值为±Uz。可以看出，此电路形成的反馈为正反馈电路。

(a )电路图 (b )电压传输特性曲线

图2 反向滞回电压比较器

电压比较器的特性可以用电路的传输特性来描述，它是指输出电压与输入电压的关系曲线，如图1(b )为过零比较器的电压传输特性曲线。

可以看出，当输入电压从低逐渐升高或从高逐渐降低经过0电压时，Uo 会从一个电平跳变为另一个电平，称0为过零比较器的阈值。阈值定义为当比较器的输出电平从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压值。 滞回电压比较器的电压传输特性曲线如图2(b )所示。

曲线表明，当输入电压由低向高变化，经过阈值1TH U 时，输出电平由高电平(Uz )跳变为低电平(-Uz )。

2123z TH R U U R R =

+

当输入电压由高向低变化，经过阈值2TH U 时，输出电平由低电平(-Uz)跳变为高电平(Uz)。

2123z

TH R U U R R -=

+

3、电压比较器的测试

测试过零比较器时，可以用一个低频的正弦信号输入至比较器中，直接用双踪示波器监看输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于零、小于零时，输出的高、低电平变化波形，即将正弦波变换为方波。

滞回电压比较器测试时也可由用同样的方法，但在示波器上读取上、下阈值时，误差较大。采用直流输入信号的方案较好，调节输入信号变化，测出输出电平跳变时对应的输入电压值即为阈值。

四、实验内容

1、 过零比较器

（1）连接图1（a ）实验电路，检查无误后，接通12V ±直流电源 （2）测量当Ui 悬空时，Uo 的值

（3）调节信号源，使输出频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录

（4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，用示波器观察Uo 变化，测出电压传

输特性曲线

2、 反向滞回比较器

（1）连接图2（a ）所示实验电路，接通直流电源，测出Uo 由高电平变为低电平时的阈值

（2）同上，测出Uo 由低电平变为高电平时的阈值

（3）将信号发生器接入Ui ，并使之输出频率为500Hz ，电压有效值为1V 的正弦波信号，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录 3、 同向滞回比较器

（1）连接图3所示实验电路，参照反向滞回比较器的测试方法自拟实验步骤及方法

（2）将实验结果与反向滞回比较器的理论分析结果进行比较，分析误差产生原因

图3 同向滞回比较器

五、实验结果及分析

1、过零比较器

（1）连接图1（a ）实验电路，检查无误后，接通12V 直流电源 （2）当Ui 悬空时，测量Uo 的值 实验结果：Uo=6.91V

仿真结果：Uo=6.669V

（3）调节信号源，使输出频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形如下所示 注：该图为仿真图，实验图已经手画在纸质版上面了。

（4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，通过观察示波器Uo 变化可知电压传

输曲线如下图所示

当Ui<0时，由于集成运放的输出电压Uo'=+Uom，使稳压管D2工作在稳压状态（两只稳压管的稳定电压均小于集成运放的最大输出电压Uom），所以输出电压Uo=Uz；当Ui>0时，由于集成运放的输出电压Uo'=-Uom，使稳压管D1工作在稳压状态,所以输出电压Uo=-Uz。

电路图中所选的稳压管的稳压电压为6.2V，但实际测出的电压输出值6.91V 略大于此值。当Ui<0时，稳压管D2工作在稳压状态，稳压管D1工作在正向导通状态，所以使输出电压Uo=Uz+U D（U D为稳压管的正向导通电压），因而实际测量值略高于稳压管的稳压值。

2、反向滞回比较器

（1）连接图2（a）所示实验电路，接通直流电源，测出Uo由高电平变为低电平时的阈值

实验结果：U TH1 =625mV

仿真结果：U TH1=619.004mV

理论结果：U TH1 =R2Uz /（R2+R3）=564mV

实验结果：U TH2=-660mV

仿真结果：U TH2=-672.934mV

理论结果：U TH2 =-R2Uz /（R2+R3）=-564mV

弦波信号，用示波器观察比较器的输入Ui与输出Uo波形如下

注：该图为仿真图，实验图已经手画在纸质版上面了。