實驗六整合運放比較器
一、實驗目的
1、掌握電壓比較器的電路構成及特點。
2、學會測試比較器的方法。
二、實驗原理
電壓比較器是整合運放非線性應用電路，它將乙個模擬量電壓訊號和乙個參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生躍變，相應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用於模擬與數碼訊號轉換等領域。
圖6－1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b)傳輸特性
圖6－1 電壓比較器
當ui＜ur時，運放輸出高電平，穩壓管dz反向穩壓工作。輸出端電位被其箝位在穩壓管的穩定電壓uz，即uo＝uz
當ui＞ur時，運放輸出低電平，dz正嚮導通，輸出電壓等於穩壓管的正向壓降ud，即uo＝－ud
因此，以ur為界，當輸入電壓ui變化時，輸出端反映出兩種狀態：高電位和低電位。
表示輸出電壓與輸入電壓之間關係的特性曲線，稱為傳輸特性。 圖6－1(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（又稱視窗比較器）等。
1、過零比較器
電路如圖6－2所示為加限幅電路的過零比較器，dz為限幅穩壓管。訊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ui＞0時，輸出uo＝-(uz+ud)，當ui＜0時，uo＝+(uz+ud)。
其電壓傳輸特性如圖6－2（b）所示。
過零比較器結構簡單，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6－2 過零比較器
2、滯回比較器
圖6－3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，則由於零點漂移的存在，uo將不斷由乙個極限值轉換到另乙個極限值，這在控制系統中，對執行機構將是很不利的。為此，就需要輸出特性具有滯回現象。
如圖6－3所示，從輸出端引乙個電阻分壓正反饋支路到同相輸入端，若uo改變狀態，∑點也隨著改變電位，使過零點離開原來位置。當uo為正（記作u+），則當ui＞u∑後，uo即由正變負（記作u-），此時u∑變為－u∑。故只有當ui下降到－u∑以下，才能使uo再度回公升到u+，於是出現圖6-3(b)中所示的滯回特性。
－u∑與u∑的差別稱為回差。改變 r2的數值可以改變回差的大小。
a) 電路圖b) 傳輸特性
圖6－3 滯回比較器
3、視窗（雙限）比較器
簡單的比較器僅能鑑別輸入電壓ui比參考電壓ur高或低的情況，視窗比較電路是由兩個簡單比較器組成，如圖6－4所示，它能指示出ui值是否處於和之間。如＜ui＜，視窗比較器的輸出電壓uo等於運放的正飽和輸出電壓(+uomax)，如果ui＜或ui＞，則輸出電壓u0等於運放的負飽和輸出電壓(－uomax)。
a）電路圖b）傳輸特性
圖6－4 由兩個簡單比較器組成的視窗比較器
三、實驗設計要求
要求根據實驗原理設計過零比較器、反相滯回比較器、同相滯回比較器、視窗比較器，並記錄實驗資料。
1、整理實驗資料，繪製各模擬較器的傳輸特性曲線
2、總結幾種比較器的特點，闡明它們的應用。
四、實驗參考方案
1、過零比較器
實驗電路如圖6－2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的正弦訊號，觀察ui→uo波形並記錄。
(4) 改變ui幅值，測量傳輸特性曲線。
2、反相滯回比較器
實驗電路如圖6－5所示。
(1) 按圖接線，ui接＋5v可調直流電源，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的正弦訊號，觀察並記錄 ui→uo波形。
(4) 將分壓支路100k電阻改為200k，重複上述實驗，測定傳輸特性。
圖6－5 反相滯回比較器
3、同相滯回比較器
實驗線路如圖6－6所示
(1) 參照2，自擬實驗步驟及方法。
(2) 將結果與2進行比較。
圖6－6 同相滯回比較器
4、視窗比較器
參照圖6-4自擬實驗步驟和方法測定其傳輸特性。
五、預習要求
1、複習教材有關比較器的內容
2、畫出各模擬較器的傳輸特性曲線。
3、若要將圖6-4視窗比較器的電壓傳輸曲線高、低電平對調，應如何改動比較器電路。
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