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1、實驗十 集成運算放大器的基本應(yīng)用（Ⅲ）
─ 電壓比較器 ─
一、實驗?zāi)康?
1、 掌握電壓比較器的電路構(gòu)成及特點
2、 學(xué)會測試比較器的方法
二、實驗原理
電壓比較器是集成運放非線性應(yīng)用電路，它將一個模擬量電壓信號和一個參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。
圖10－1所示為一最簡單的電壓比較器，UR為參考電壓，加在運放的同相輸入端，輸入電壓ui加在反相輸入端。
(a)電路圖 (
2、b)傳輸特性
圖10－1 電壓比較器
當(dāng)ui＜UR時，運放輸出高電平，穩(wěn)壓管Dz反向穩(wěn)壓工作。輸出端電位被其箝位在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，即 uO＝UZ
當(dāng)ui＞UR時，運放輸出低電平，DZ正向?qū)?，輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向壓降UD，即 uo＝－UD
因此，以UR為界，當(dāng)輸入電壓ui變化時，輸出端反映出兩種狀態(tài)。高電位和低電位。
表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線，稱為傳輸特性。 圖11－1(b)為(a)圖比較器的傳輸特性。
常用的電壓比較器有過零比較器、具有滯回特性的過零比較器、雙限比較器（又稱窗口比較器）等。
1、過零比較
3、器
電路如圖10－2所示為加限幅電路的過零比較器，DZ為限幅穩(wěn)壓管。信號從運放的反相輸入端輸入，參考電壓為零,從同相端輸入。當(dāng)Ui＞0時，輸出UO＝-(UZ+UD)，當(dāng)Ui＜0時，UO＝+(UZ+UD)。其電壓傳輸特性如圖10－2（b）所示。
過零比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但抗干擾能力差。
(a) 過零比較器 (b) 電壓傳輸特性
圖10－2 過零比較器
2、滯回比較器
圖10－3為具有滯回特性的過零比較器
過零比較器在實際工作時，如果ui恰好在過零值附近，則由于零點漂移的
存在，uO將不斷由一個極限值
4、轉(zhuǎn)換到另一個極限值，這在控制系統(tǒng)中，對執(zhí)行機構(gòu)將是很不利的。為此， 就需要輸出特性具有滯回現(xiàn)象。 如圖10－3所示，從輸出端引一個電阻分壓正反饋支路到同相輸入端，若uo改變狀態(tài)，∑點也隨
(a) 電路圖 (b) 傳輸特性
圖10－3 滯回比較器
著改變電位，使過零點離開原來位置。當(dāng)uo為正（記作U+） ，則當(dāng)ui＞U∑后，uO即由正變負（記作U-），此時U∑變?yōu)椋璘∑。故只有當(dāng)ui下降到－U∑以下，才能使uO再度回升到U+，于是出現(xiàn)圖10-3(b)中所示的滯回特性。
－U∑與U∑的差別稱為回差。改變
5、R2的數(shù)值可以改變回差的大小。
3、窗口（雙限）比較器
簡單的比較器僅能鑒別輸入電壓ui比參考電壓UR高或低的情況，窗口比較電路是由兩個簡單比較器組成，如圖10－4所示，它能指示出ui值是否處于和之間。如＜Ui＜，窗口比較器的輸出電壓UO等于運放的正飽和輸出電壓(+Uomax)，如果Ui＜或Ui＞，則輸出電壓U0等于運放的負飽和輸出電壓
(－UOmax)。
（a）電路圖 ?。╞）傳輸特性
圖10－4 由兩個簡單比較器組成的窗口比較器
三、實驗設(shè)備與器件
1、 ±12V 直流電源 4、 直流電壓表
6、 2、 函數(shù)信號發(fā)生器 5、 交流毫伏表
3、 雙蹤示波器 6、 運算放大器 μA741×2
7、穩(wěn)壓管 2CW231×1 8、 二極管 4148×2
電阻器等
四、實驗內(nèi)容
1、過零比較器
實驗電路如圖10－2所示
(1) 接通±12V電源。
(2) 測量ui懸空時的UO值。
(3) ui輸入500Hz、幅值為2V的正弦信號，觀察ui→uO波形并記錄。
(4) 改變ui幅值，測量傳輸特性曲線。
圖10－5 反相滯回比較器
2、 反相滯回比較器
實驗電路如圖10－5所示
(1
7、) 按圖接線，ui接＋5V可調(diào)直流電源，測出uO由＋Uomcx→－Uomcx時ui的臨界值。
(2) 同上，測出uO由－Uomcx→＋Uomcx時ui的臨界值。
(3) ui接500Hz，峰值為2V的正弦信號，觀察并記錄 ui→uO波形。
(4) 將分壓支路100K電阻改為200K，重復(fù)上述實驗，測定傳輸特性。
3、 同相滯回比較器
實驗線路如圖10－6所示
(1) 參照2，自擬實驗步驟及方法
(2) 將結(jié)果與2進行比較
圖10－6 同相滯回比較器
4、 窗口比較器
參照圖10-4自擬實驗步驟和方法測定其傳輸特性。
五、實驗總結(jié)
1、 整理實驗數(shù)據(jù)，繪制各類比較器的傳輸特性曲線
2、 總結(jié)幾種比較器的特點，闡明它們的應(yīng)用。
六、預(yù)習(xí)要求
1、 復(fù)習(xí)教材有關(guān)比較器的內(nèi)容
2、 畫出各類比較器的傳輸特性曲線。
3、若要將圖10-4窗口比較器的電壓傳輸曲線高、低電平對調(diào)，應(yīng)如何改動比較器電路。
