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常 规 实 验 实验八 电压比较器 PAGE 第 PAGE 42 页 实验八 电压比较器 实验目的 1． 了解电压比较器的结构与特点 2． 了解电压比较器的输出信号 3． 掌握电压比较器输出信号的测试方法 二、实验器材 1． 1台编号为 RTMD－4 的模拟电路实验箱 2． 1块编号为 UT70A 的数字万用表 3． 1台编号为 SS-7802A 的双踪示波器 4． 1台编号为 GFG-8255A 的函数信号发生器 5． 1块编号为 LM358 的集成运算放大器 6． 1个型号为 2CW231 的稳压管 7． 1块运算放大器及应用电路板 三、实验内容 1． 电压比较器 2． 过零比较器 四、实验原理 电压比较器 电压比较器是集成运算放大器在信号处理方面的应用。电压比较器的输入电压ui和比较器的基准电压UR相比较，当 ui 与UR 相等时，比较器的输出电压将产生跃变，相应的输出为正、负饱和压降 Uo (sat) 。 可见， 电压比较器可以将输入模拟信号ui 转变为输出方波信号 uo ， 应用于模拟信号与数字信号的转化等领域。 图8－1 电压比较器 电压比较器电路如图8－1 所示，当ui 与UR 相同时，电压比较器输出一个方波信号，其幅值等于运算放大器的正、负饱和压降Uo (sat) 。 Uo (sat) 数值较大，近似等于电路的电源电压。 如果要求比较器的输出电压为后级电路所需要的数值，可以在比较器电路中增加限幅电路，图8－2（a）为带单向限幅的电压比较器。 图中，UR 为比较器的基准电压，加在运算放大器的同相输入端，输入信号 ui 加在反相输入端，限流电阻R及稳压管VZ 构成限幅电路，使得电压比较器输出的正向电压变为稳压管的稳定电压UZ 。 带单向限幅电路的电压比较器， 其电压传输特性如图8－2(b) 所示。 (a)　电路图　　　　　　 　　(b)　电压传输特性 图8－2 带单向限幅电路的电压比较器 从电压传输特性可以看出，当u i UR 时，运算放大器输出正饱和压降，限幅电路中的稳压管Vz反向击穿， 比较器输出端电压被稳压管箝制在稳压管的稳定电压Uz，故有： 当 u i UR时，运算放大器输出负饱和压降，稳压管Vz正向导通，比较器输出电压等于稳压管的正向导通压降UD，故有： uo =－UD 可见，在电压比较器中，以基准电压UR 为比较器输出电压跃变的界线，当输入电压变化越过基准电压时， 输出电压从一种输出状态变为另一种输出状态，这两种状态分别为：高电位信号Uz和低电位信号－UD 。 2． 过零比较器 图8－3为过零比较器。 这时，比较器的基准电压为零，当输入电压越过零值时，比较器的输出电压出现跃变，运算放大器的输出电压为正、负饱和压降，当输入信号为正弦信号时，过零比较器会将正弦信号转变为正、负半周相等的方波信号。 图8－3 过零比较器 图8—4（a）是带有双向限幅的过零比较器，Vz为双向限幅稳压管，为限流电阻。输入信号从反相输入端输入，同相端输入端接地，比较器的基准电压为零。 当输入电压 时，比较器的输出电压 当输入电压 时，比较器的输出电压 其电压传输特性如图8—3（b）所示。 (a)　电路图　　　　　　　　(b)　电压传输特性 图8－4 带双向限幅电路的过零比较器 五、实验过程 1． 实验电路的联接 运算放大器及应用电路板如下图所示。 连线前，应关闭实验箱的电源开关，然后按照原理图联接集成运算放大器的外部元件，并确认接线准确无误。 再将实验箱的正、负电源电压调节到 ±12 V， 用导线将±12 V电源分别联接到集成运算放大器相应的管脚处， 将±12V电源的地线与实验电路板的地线相联。 注意：集成运算放大器的正、负电源不能接反，不能将电源的输出端短路，否则会损坏集成运算放大器或实验箱的直流电源。 2． 电压比较器 按照图8－1联线，设比较器的基准电压 UR＝3V，待电路连完后，检查接线并确保接线无误后，闭合实验箱电源开关，给实验电路供电。 调节函数信号发生器，使其输出 f = 1k Hz、ui 2V（用示波器监测）的正弦波信号，用同轴电缆线将函数信号发生器的输出端与实验电路的输入端相连，用同轴电缆线将输入信号ui 、输出信号uo 与示波器相连，进行双踪显示，观察 ui 与 uo 的波形。 用示波器测量电压比较器的输入电压 ui 及输出电压uo 的峰－峰值，将测量结果记入表8－1中。 在坐标轴中画出电压比较器的ui 与 uo 的波形。 画波形时应注意ui 与 uo 之间的相位关系及电压的幅值。 表8－1