电压比较器

3.6电压比较器

一．实验目的

1．掌握单线比较器和迟滞比较器的设计、测量和调整方法；

2．掌握电压比较器的测量方法。

二．实验原理

电压比较器是一种常见的信号幅度处理电路，输入一个模拟量电压信号与门限电压比较，在两者幅度相等附近，比较器输出的逻辑电平就发生转换。通常用专用集成电压比较器（如LM311等）来组成，也可以用通用运算放大器组成，本实验采用µA741运放组成。

1．单限比较器它只是一个门限电压，如图3-6-1所示：

V

i

V

R

V

o

(a)

V

i

V

R

V

o

(c)

V

i

(b)

R

1

V

o

(d)

图3-6-1 单限比较器

图中R1。R2成对出现是分别代表信号源和门限电压内阻，应用中使它们相等，以便

减小输入偏置电流及其漂移的影响，R0是限流电阻，稳压管DW是为了输出箝位。

当门限电压与信号电压加入的位置不同时，可得图3-6-1中（a）、（c）两种结果。当

V R加在同相输入端，V i加在反相输入端时得到图3-6-1（b）传输特性，其输出V Omax

与V Omin 分别为

V o

=﹛

V omax=V z (V i

3-6-1

式中V Z 为稳压管DW 的稳定电压，可选用2DW234,V Z =6V ，图3-6-1（d ）输出与3-6-1（b ）相反。

2．迟滞比较器 它具有迟滞回线形状，故具有两个门限电位，称为上门限电位V H 和下门限电位V L ,两者差为门限宽度或迟滞宽度△V ，即 △V=V H -V L 3-6-2

当输入电压从低值达到超过上门限电位VH 时，比较器输出可能从低的Vo min 到高的V omax;,也可能从高的V omax 到低的V omin 。前者叫做上行（迟滞）特性；后者叫做下行（迟滞）特性，其比较器分别称为上行（迟滞）比较器与下行（迟滞）比较器，如图3-6-2所示

V i

V R

V o

V R

V i

(a) 下行迟滞比较器

V i

(b) 上行迟滞比较器图3-6-2迟滞比较器

在图中，输出电压Vo 经R F 反馈到比较器同相端，一旦输出电位从高电位V omax 跳向低电位V omin ,正反馈迫使同相端电位也随之下跳，从而加速了输出电位的跳变过程，反之亦然，因为引入正反馈，使迟滞比较器产生两个门限电位。

图3-6-2（a ）中，输出电压为V omax 时，同相端电压为

+

'V =

R F 2F

max o F 22V R +R R +V R +R R 3-6-3

使 Vmax 转换到V omin ，必须Vi ≥V +’才行，所以上门限电位为

V H =+

'V =R F 2F

max o F 22V R +R R +V R +R R 3-6-4

同理，下门限为

V L =+

''V = R F

2F

min o F 22V R R R V R R R +++ 3-6-5

所以门限宽为

△V=

)V V (R R R min o max 0F

22

-+ 3-6-6

而图3-6-2（b ）电路的三个参数为 V L =max o F 2R F 2V R R

V )R R 1(-+

3-6-7 V H =min o F

2R F 2V R R

V )R R 1(-+

3-6-8 △V=

)V V (R R min o max o F

2

- 3-6-9 由于本实验设计比较简单，在此就不再举例了。

三．设计任务

1． 预习要求

掌握单限比较器、迟滞比较器V L 、V H 、△V 、V omax 、V omin 参数的估算方法。 2． 设计任务

（1） 单限比较器

已知条件：电源电压为±12V,直流输入信号由直流电源提供，交流信号由低频信号发生器提供，运放用µA741。

要求：实现如图3所示的比较特性曲线： V R =2V , V omax =6.7V , V omi n= -6.7V 用示波器观察此比较器的特性曲线 （2） 迟滞比较器 已知条件：同（一）；

要求：实现如图3-5-3所示的比较特性曲线；

V L =1V 、V H =3V 、V omax =6.7V 、V omin = -6.7V ；

用示波器观察此比较器的特性曲线。

V

I

图 3-6-3

提示：参考电压V REF需计算出来。

四．报告要求同单管。

五．思考题

1．本实验中，对V i的幅值有何要求？

2．试设计一比较器，实现正弦波-方波变换。

六．仪器与器件

仪器同单管；

器件运放µA741、电阻若干、稳压管2DW234。