一、电压比较器原理 电压比较器是集成运放非线性应用电路，常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？ 它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压ui加在反相的输入端。 图1电压比较器原理图(a)及传输特性(b) (a)电路图 (b)传输特性当ui＜U R时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压U Z，即 u O＝U Z 当ui＞U R时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降U D，即 uo＝－U D 因此，以U R为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图1(b)为(a)图比较器的传输特性。 常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压比较器，窗口（双限）电压比较器。 二、集成电压比较器简介 作用：可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。应用：作为模拟电路和数字电路的接口电路。 特点：比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯（例如LM311）。 三、电压比较器的应用 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压V A，反相端输入V B。V A和V B的变化如图1(b)所示。
《电压和电压表的使用》测试题(含答案) 三、作图、实验与探究题 9．如图6所示，按照电路图，将实物图连接起来．
15．.在图11所示的电路中，电源电压6V，闭合开关后两灯均不发光，用电压表测量点路中a、b间电压为0，b、c间电压为6V，则电路中的故障可能是( ). A. L2断路 B. L1和L2断路 C. L2短路 D. L1和L2短路 图11 16．如图12所示，当开关S闭合后，灯L1、L2、L3均发光，下列说法中正
确的是（ ） A ．灯L 1、L 2、L 3是串联在电路中的 B ．灯L 1、L 2、L 3不是并联在电路中的 C ．甲、乙、丙是三只电流表 D ．乙表测的是灯L 2、L 3两端的电压之和 二、作图、实验与探究题 17．如图13所示的示教板的表面上有两个灯座，每个电路图的两端接有接线柱，安装上两盏相同的电灯，都能正常发光，现在只给你一只电压表和若干导线，怎样判断灯泡是串联还是并联？ 三、计算题 20．如图15所示，用电压表分别测量L 1两端的电压U 1、L 2两端的电压U 2以及L 1、L 2串联的总电压U ，请根据表盘读数回答下列问题： 图 13
⑴L1两端的电压U1是多大？ ⑵L2两端的电压U2是多大？ ⑶L1、L2串联的总电压U是多大？ ⑷电源电压是多大？ 参考答案 基础训练（A级） 1．电压电流类比法2．4 串联36 220 3．0.6 3 4．4 1.5 2.5 5．L1L2L1L1L2 L1L2(电源) L1，L1(电源) 6．C 7．C 8．D 9．略10．CABD
能力训练（B级） 11．B 12．C 13．A 14．C 15．A 16．C 17．将电压表依次接在任意两个接线柱上，测出每两个接线柱间的电压，若六次测量值中两次为零，其余四次测量值相等，则两灯为并联；若一次为零，四次测量值相等，另一次测量值是四次测量值的两倍，则两灯为串联。18．．用电压表逐一测量每个小灯泡两端的电压，当电压表示数为220V时，表明此时电压表所测的灯泡已经被烧坏。方法二：用电压表的一条线接在电源线上，另一条线依次接触灯泡的各接线点，当电压表示数由0-220 V(或220V-0)发生突变时，则电压表前后接触的两点之间的小灯泡，就是灯丝烧断的那一只。 19．略 20． 1.7V， 1.3V，3V，3V 拓展延伸（C级）21．50% 越小2/3
3.7基准参考电压源的选择 大多数数字电路、混合信号和模拟电路需要使用电压基准源，因此了解基准源的工作原理、参数和选择方法，对於系统设计是一个很重要的。本节比较了齐纳二极管、隐埋齐纳二极管和带隙电压基准三种电压基准源的优点和缺点，列出了使用时潜在的问题，介绍了它们的应用范围。讨论了在设计系统时，选择电压基准源需要考虑的问题。 3.7.1基准源的类型 基准源主要有齐纳二极管、隐埋齐纳二极管和带隙电压基准三种，它们都可以设计成两端并联式电路或者三端串联式电路。齐纳二极管是工作在反向偏置的二极管，需要一个串联的限流电阻。在要求高精度和低功耗的情况下，齐纳二极管通常是不适合的。例如，BZX84C2V7LT1齐纳二极管的标称输出电压Vout是2.5V，有±8%的公差，各个器件之间的输出电压会在2.3V到2.7V的范围内变化。 理想的电压基准源应该是内阻为零，不论电流是流进去还是流出来，都应当保持输出电压恒定。内阻为零的基准源是不存在的，然而内阻只有毫欧数量级的基准源是可以做得到的。齐纳二极管的内阻较大，电流为5mA时内阻为100Ω，1mA时600Ω。齐纳二极管在电压箝位电路中很有用，它们的箝位电压范围宽，从2V至200V，功率可以从几毫瓦到几瓦。表1比较了这三种电压基准源的优点、缺点，列出了使用时潜在的问题。 表3.7.1. 三种电压基准源的比较
注1：带隙半导体、直接带隙和间接带隙 ZnO是一种直接带隙半导体材料，为什么说它是直接带隙的？直接带隙会导致它有什么样的特点？ 直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。 间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。 间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。电子在k状态时的动量是（h/2pi）k，k不同，动量就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。 采用带隙半导体材料制造的电压基准源温度稳定性好！ 3.7.2电压基准源的选择 选择电压基准源时，应当针对系统的要求，综合考虑电压基准源的技术指标。电压基准源的技术指标很多，主要的指标是： ★初始精度 ★输出电压温度漂移 ★提供电流以及吸入电流的能力 ★静态电流 ★长期稳定性 ★输出电压温度迟滞 ★噪音 ★此外还有价格。 噪音是无法补偿的误差，因而基准源的噪音应当低。对于16位分辨率的数字系统，它的LSB值为1/65536，如果ADC是16位，满量程输入是0到5V，它能分辨的输入是1LSB，大约为76.3μV。可以选用MAX6150（35μVP-P），MAX6250（3μVP-P）
电力系统的电压等级与规定 1、用电设备的额定电压 要满足用电设备对供电电压的要求，电力网应有自己的额定电压，并且规定电力网的额定电压和用电设备的额定电压相一致。为了使用电设备实际承受的电压尽可能接近它们的额定电压值，应取线路的平均电压等于用电设备的额定电压。 由于用电设备一般允许其实际工作电压偏移额定电压±5%，而电力线路从首端至末端电压损耗一般为10%，故通常让线路首端的电压比额定电压高5%，而让末端电压比额定电压低5%。这样无论用电设备接在哪一点，承受的电压都不超过额定电压值的±5% 2、发电机的额定电压 发电机通常运行在比网络额定电压高5%的状态下，所以发电机的额定电压规定比网络额定电压高5%。具体数值见表4.1-1的第二列。 表4.1-1 我国电力系统的额定电压 网络额定电压发电机额定电压 变压器额定电压 一次绕组二次绕组 3 6 103.15 6.3 10.5 3及3.15 6及6.3 10及10.5 3.15及3.3 6.3及6.6 10.5及11 13.8 15.75 18 20 13.8 15.75 18 20 35 110 220 330 500 35 110 220 330 500 38.5 121 242 363 550 3、变压器的额定电压 根据功率的流向，规定接收功率的一侧为一次绕组，输出功率的一侧为二次绕组。对于双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压绕组为二次绕组；对于双绕组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压绕组为二次绕组。 ①变压器一次绕组相当于用电设备，故其额定电压等于网络的额定电压，但当直接与发电机连接时，就等于发电机的额定电压。 ②变压器二次绕组相当于供电设备，再考虑到变压器内部的电压损耗，故当变压器的短
电压比较器原理分析 目录 第一章绪论 (2) 第二章电压比较器原理图 (2) 第三章电压比较器工作原理及应用 (3) 3.1 什么是电压比较器 (3) 3.2 电压比较器的工作原理 (5) 3.3 比较器与运放的差别 (5) 第四章比较器典型应用电路分析 (6) 4.1 散热风扇自动控制电路 (6) 4.2窗口比较器 (9) 参考文献 (11)
第一章绪论 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。本文主要讲述各种电压比较器及其对应的应用电路，讲述各种电压比较器的特点及其电压传输特性，同时阐述电压比较器的组成特点和分析方法。 电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，那么什么是电压比较器呢？下面我给大家介绍一下，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图1 图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压UI加在反相的输入端。 第二章电压比较器原理图 电压比较器可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。因此，可用电压比较器作为模拟电路和数字电路的接口电路。集成电压比较器虽然比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小，但其响应速度快，传输延迟时间短，而且一般不需要加限幅电路就可以直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力强，还可以直接驱动继电器和指示灯。 按一个器件上所含有电压比较器的个数，可分为单、双和四电压比较器；按功能，可分为通用性高速型低功耗型低电压型和高精度型电压比较器；按输出方式，可分为普通集电极（或漏极）开路输出或互补输出三种情况。集电极（或漏极）开路输出电压必须在输出端接一个电阻至电源，若一个为高电平，则另一个必为低电平。 此外，还有的集成电压比较器带有选通断，用来控制电路是处于工作状态，还是处于禁止状态。所谓工作状态，是指点乱编电压传输特性工作；所谓禁止状态，是指电路不按电压传输特性工作，从输出端看进去相当于开路，即处于高阻状态。 下面是对具体电压比较器的功能电路分析：(A)电路图1传输特性当UI＜UR时，运放输出高电平，稳压管DZ反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即UO＝UZ
13.4电压和电压表教案（第一课时) 一、教学目标： 知识与技能 1、通过与水压的类比了解电压的概念，知道电源提供了电压。 2、通过观察、实验掌握电压表的正确使用规则，学会正确使用电压表，能正确读数。 过程与方法 1、组织学生亲身体验科学的观察、探究过程，领会观察、探究的方法。 情感态度与价值观 1、培养学生实事求是和严谨的科学态度与协作精神。 二、教学重点和难点 学生自己动手观察、实验，根据实验现象、数据进行分析并正确表达出结论。 三、教学准备 学生实验器材：每组学生准备三节干电池，一只学生电压表，一只学生电流表一只电池盒，导线若干。 演示实验器材：电压表一只，电源，开关一个，规格不同或相同的小灯泡两个，导线若干，以及多媒体投影仪等。 四、设置预习交流： 1、布置学案引导学生进行自主预习。 2、布置预习小实验：利用一节干电池点亮一个小灯泡，再串联一节干电池，观察小灯泡亮度变化 五、课堂教学： 引入：演示“串并联电路连接实验”，提问“为什么取出干电池，小灯泡无法点亮?那么怎样才能使小灯泡持续点亮呢”引导学生提出“电路中形成持续的电流的原因”引入新课。 （一）电压（观看PPT展示） 活动一：以水压理解电压（类比法） 比较上面两幅图，找出电压与水压的类似的地方。 抽水机：保持一定水压水管：传输水流涡轮：利用水能工作阀门：控制水流通断
电源： 保持一定电压 导线： 传输电流 电灯： 利用电能工作 开关： 控制电流通断 电压： 形成电流的原因 。 电源 是提供电压的装置。 电压用字母 U 表示，电压的国际单位是 伏特 ，符号是 V 。常用单位： kV 、 mV 。换算关系：1kV ＝ 103 V ；1V ＝ 103 mV 。 活动二：了解身边的电压值（学生参阅课本p71） 一节干电池的电压是 1.5V ； 产生闪电时的电压是 104~109V ； 家庭电路的电压（我国）是 220V ； 大型发电机的电压是 1.5 ×104 V 。 （二）电压表(学生观察，得出结论，教师总结) 活动三：认识电压表 请观察电压表，你从表的外观上获得哪些信息？ 1、 有三个接线柱，“ — ”、“3”、“15” 2、 表盘中V 这个标志 3、 有调零的螺丝 4、 大量程“0 ~ 15V ”分度值0.5V 5、 小量程“0 ~ 3V ” 分度值0.1V 元件符号 学习使用电压表 观察与思考：（学生观察，得出结论，教师总结） 1、如果把标有“—”的接线柱和标有“3”的接线柱接到电路中，表示选用 0 ~ 3V 的量程，读数时，应以刻度盘 下排 （上排/下排）的数值为准，电压表的分度值为 0.1V 2、如果把标有“—”的接线柱和标有“15”的接线柱接到电路中，表示选用 0 ~ 15V 的量程，读数时，应以刻度盘 上排 （上排/下排）的数值为准，电压表的分度值为 0.5V 3、读出电压表的示数，教材P72图13-28. 4、电压表读数练习，观看PPT 5、电压表的使用规则（学生根据上述所学内容进行总结），观看PPT 学生演示实验用电压表测量小灯泡两端电压 比较电压表和电流表使用有哪些不同？（学生观察，得出结论，教师总结）
85 专业：电气工程卓越 人才 姓名：卢倚平 学号： ________ 验 … 一 二、实验内容 五、思考题及实验心得 一、实验目的 了解电压比较器与运算放大器的性能区别: 二、实验数据记录、处理与分析 ①【过零电压比较器电路】 过零电压比较器是电压比较电路的基本结构，它可将交流信号转化为同频率 的双极性矩形波。常用于测量正弦波的频率相位等。当输入电压in< 输出out = 0L ；反之，当输入电压in N out 时，输出out = OH 。 实验仿真: 课程名称: 电路打电r 技术实於 指导老师: 周箭 成绩: 实验名称: 电压比较器及其应用 实验类型: 电子电路实验同组 学生姓名: 邓江毅 三、主要仪器设备 四、实验数据记录、处理与分析 一、实验目的 2. 举握电压比较器的结构及特点; 3. 掌握电压比较器电圧传输特性的测试方法: 4. 学习比较器在电路设计中的应用。
不疲器?5（￡C1I JS J 时同270.001ms 270.001 ms 0.000s JIf 「反向—] 通道 上 ?4.998 V -4.998 V 0.000 V 通道丿 -17.847V -17.847 V 0.000 V H as 12^1 时基_ 标度：10 msX）iv X轴位移（格）：0 通ilA 刻度： 20 VQ2 Y轴位移 （格）：0 通ilB ____ 刻度：5 VQiv Y轴位移 （榆：0 L保Q外触发 触发 边沿：SB 0回国] 水 平：0 ~ 实测实验记录: 由于时间不足，没有做过零比较器的相关实测 ②【基本单门限比较器电路】 单门限比较器的输入信号Vin接比较器的同相输入端，反相输入端接参考电 压Vref （门限电平）。当输入电压Vin>Vref 输出为高电平VOH:当输入电压Vin 01电压基准及时间基准 所有模数转换器（ADC ）和数模转换器（DAC ）都需要一个基准信号，通常为电压基准 。ADC 的数字输岀表示 模拟输入相对于它的基准的比率； DAC 的数字输入表示模拟输 岀相对它的基准的比率。有些转换器有内部 基准，有一些转换器需要外部基准。不管怎样所 有转换器都必须有一个电压（或电流）基准。 数据转换器的最早应用是用于缓慢变化信号的直流测量。在这种情况下，测 量的精确定时并不重要。当 今大多数数据转换器是应用在数据采集系统， 在这种系统中必须处 理大量等间隔的模拟采样值， 而且频谱 信息与幅度信息同样重要，这里涉及到的采样频率或 时间基准（采样时钟或重建时钟）与电压基准一样重 要。 电压基准 问：一个电压基准怎样才算好 ？ 答：电压基准与系统有关。在要求绝对测量的应用场合，其准确度受使用基准值 的准确度的限制。但是在 许多系统中稳定性和重复性比绝对精度更重要； 而在有些数据采集系统中电压基准的长期准确度几乎完全 不重要，但是如果从有噪声的系统电源中派生基准就 会引起误差。单片隐埋齐纳基准 （如AD588和AD688） 在10 V 时具有1 mV 初始准确度（0 01 %或100 ppm ），温度 系数为1 5 ppm/ ° C 。这种基准用于未调 整的12位系统中有足够的准确度（1 LSB=244 ppm ），但 还不能用于14或16位系统。如果初始误差调整 到零，在限定的温度范围内可用于 14位和16位系统（AD588或AD688限定40C 温度变化范围，1 LSB=61 ppm ）。 对于要求更高的绝对精度，基准的温度需要用一个恒温箱来稳定，并对照标准校准。在 许多系统中，12 位绝对精度是不需要这样做的，只有高于 12位分辨率才可能需要。对于准确 度较低（价格也会降低）的应 用，可以使用带隙基准。 问：这里提到的“隐埋齐纳”和“带隙”基准是什么意思 ？ 答：这是两种最常见的用于集成电路中的精密基准。“隐埋”或表层下齐纳管比 较 稳定和精确。它是由 一个具有反向击穿电压修正值的二极管组成， 这个二极管埋在集成电路 芯片的表层下面，再用保护扩散层 覆盖以免在表面下击穿，见图 1 1。 图1-1我层齐抽二极管与睫埋齐纳二扱省结鞫图 图1 1表层齐纳二极管与隐埋齐纳二极管结构图 硅芯片表面和芯片内部相比有较多的杂质、 机械应力和晶格错位。这是产生噪声和长期 不稳定性的原因之 一,所以隐埋式齐纳二极管比表层式齐纳二极管的噪声小， 而且稳定得多，因此它被优先采用于芯片基准 源上作为精密的集成电路器件。 E- 1 厂 隐埠齐纳二械野 国内电网电压等级划分 局民用电是220V，工业用电是380V，为什么同样是变电站出来的电，到了用户端就不同呢？高压与低压有什么不同呢？ 工业用电与居民用电 工业用电其实就是我们经常提到的三相交流电（由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差 120 °角的交流电路组成的电力系统），而民用电采用的是单相220V对居民供电。 三相交流电可以使电机转动，当三相交流电流通入三相定子绕组后，在定子腔内便产生一个旋转磁场。转动前静止不动的转子导体在旋转磁场作用下，相当于转子导体相对地切割磁场的磁力线，从而在转子导体中产生了感应电流(电磁感应原理)。这些带感应电流的转子导体在磁场中便会发生运动，因此工业用电都是三相交流电。 民用电的火线与零线之间电压为220V ，工业用电则是各相线间电压380V ，相地之间电压220V。民用电其实就是三相之中的一相。电厂到居民变电站都是3相5线，变电站的作用之一就是把电分成很多个1相3线给居民使用。 高压与低压的分界线 根据GB/T 2900.50-2008中定义2.1规定，高[电]压通常指高于1000V（不含）的电压等级，低[电]压指用于配电的交流电力系统中1000V及以下的电压等级；国际上公认的高低压电器的分界线交流电压则是1000V（直流则为1500V）。 在工业上也有另外一种说法，电压为380V或以上的称之为高压电，因此我们习惯上所说的220V、380V都是低压，高于这个电压都是高压；再之前的电业规程中规定分界线为250V，虽然新的《电业安全工作规程》已经出台，但很多地方执行的还是以前的标准。 高压电器的通俗分类 1、所谓的高压、超高压、特高压并无本质区别（随着电压增高，绝缘要求、安全要求会有不同），只是人们的叫法不同而已，其分界线也是约定俗成，并无明确规定。 2、电网就是指整个供配电系统，包括发电厂，变电站，线路，用电侧。 电压比较器工作原理及应用实例 时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏 来源：https://www.doczj.com/doc/5c7970128.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图 1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 第十四章了解电路第五节测量电压 第一课时电压和电压表的使用 ★【知识与技能】 1.初步认识电压，知道电压的作用，电源是提供电压的装置； 2.知道电压的单位，能对电压的不同单位进行换算； 3.知道电压表的用途及符号,会正确使用电压表,能正确地读出电压表的示数． ★【过程与方法】 通过实验观察小灯泡亮度的变化,获得电路中电流的强弱信息,使学生具有初步的观察能力、分析和推理的能力． ★【情感、态度与价值观】 通过对学生正确使用电压表技能的训练使学 生学会阅读说明书,养成严谨的科学态度和工作作风． ★【重点】建立电压的初步概念；通过实验观察理解电压的作用. ★【难点】电压表的正确选择、连接及读数 . 情境导入 演示：教师把一节干电池、小灯泡、开关在示教板上串成最简单的电路．闭合开关，小灯泡发光，然后取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光． 提出问题：为什么电路此时不能形成电流？电源的作用是什么？ 合作探究 探究点一：电压 1.电压 教师演示如图所示，播放“水流的形成”和“电流的形成”视频． 提出问题电源在电路中起到什么作用？ 教师讲解如图(a)所示，当水管两端存在压力差时，水管中的水就会流动，形成水流；同理，如图(b)所示，要在一段电路中形成电流，在这段电路的两端就要有一定的电压，电源就是给电路两端提供电压的装置．电源是提供电压的装置，电压是形成电流的原因． 归纳总结电源→电压→电流．电压是形成电流的原因．电源是提供电压的装置． 2.电压的单位及常见电压值 提出问题电压用什么符号表示？它的国际单位是什么？常用单位还有哪些？它们的关系如何？ 交流总结电压用符号U表示，在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，符号是V．比伏大的单位有千伏(kV)，比伏小的单位有毫伏(mV)，它们的换算关系为 1 kV＝103V，1 mV ＝10-3V． 教师引导指导学生阅读信息窗，识记常见的电压． 归纳总结一节干电池的电压是1.5V，对人体的安全电压不高于36V；我国家庭用电的电压是220V． 教师强调（1）电压是形成电流的原因，因此有了电流就一定有电压，但有电压不一定有电流．要在电路中得到持续电流，必须满足两个条件：①有电源；②电路是通路． （2）表述电压时，不能说是哪一点的电压，必须指明是“哪一个用电器两端的电压”或“哪两点间的电压”． 知识拓展生活在南美洲亚马孙河里的电鳗，更是一个电击高手．它们若受到惊吓或捕食，能产生300～800伏，甚至1000伏左右的电压，足以电死一头牛，因此赢得了“河中魔王”的称号． 探究点二：电压表 1．电压表的用途、符号 探究活动观察如图所示的电压表． （1）它在电路中的作用是什么？ （2）电压表在电路中的符号是怎样的？（3）电压表有几个接线柱？几个量程？分别是怎样的？ 讨论交流（1）作用：测量电路两端电压的大小． （2）符号：○V． （3）量程：如图所示，常用的电压表有三个接线柱，两个量程．当用“-”和“3”两个接线柱时，其量程为“0～3V”，每一小格表示0.1V，每一大格表示1V；当用“-”和“15”两个接线柱时，其量程为“15V”，每一小格表示0.5V，每一大格表示5V． 探究活动读出电压表的示数． （1）看清接线柱是如何连接的，明确使用的量程；（2）看清每一大格分成几个小格，算出分度值；（3）看清指针位置，读出示数，读数时视线应与表盘垂直．如图所示，电压表的示数为0.9V． 比较器原理，比较器的工作原理 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 什么是电压比较器以其原理 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 比较器原理：对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。 比较器两大类别 1.模拟比较器 将模拟量与一标准值进行比较,当高于该值时,输出高(或低)电平.反之,则输出低(或高)电平.例如,将一温度信号接于运放的同相端,反相端接一电压基准(代表某一温度),当温度高于基准值时,运放输出高电平,控制加热器关闭,反之当温度信号低于基准值时,运放输出低电平,将加热器接通.这一运放就是一个简单的比较器,因为输入与输出同相,称为同相比较器..有的模拟比较器具有迟滞回线,称为迟滞比较器,用这种比较器,有助于消除寄生在信号上的干扰. 2.数字比较器 用来比较二组二进制数是否相同,相同时输出(或低)高电平,反之,则输出相反的电平. 最简单的数字比较器是一位二进制数比较器,是一个异或门(或同或门). 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout= (1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、R F开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。 电压基准芯片的参数解析及应用技巧 电压基准芯片是一类高性能模拟芯片，常用在各种数据采集系统中，实现高精度数据采集。几乎所有电压基准芯片都在为实现“高精度”而努力,但要在各种不同应用场合真正实现高精度，则需要了解电压基准的内部结构以及各项参数的涵义，并要掌握一些必要的应用技巧。 电压基准芯片的分类 根据内部基准电压产生结构不同，电压基准分为：带隙电压基准和稳压管电压基准两类。带隙电压基准结构是将一个正向偏置PN结和一个与VT（热电势）相关的电压串联，利用PN结的负温度系数与VT的正温度系数相抵消实现温度补偿。稳压管电压基准结构是将一个次表面击穿的稳压管和一个PN结串联，利用稳压管的正温度系数和PN结的负温度系数相抵消实现温度补偿。次表面击穿有利于降低噪声。稳压管电压基准的基准电压较高(约7V)；而带隙电压基准的基准电压比较低，因此后者在要求低供电电压的情况下应用更为广泛。 根据外部应用结构不同，电压基准分为：串联型和并联型两类。应用时，串联型电压基准与三端稳压电源类似，基准电压与负载串联；并联型电压基准与稳压管类似，基准电压与负载并联。带隙电压基准和稳压管电压基准都可以应用到这两种结构中。串联型电压基准的优点在于,只要求输入电源提供芯片的静态电流，并在负载存在时提供负载电流；并联型电压基准则要求所设置的偏置电流大于芯片的静态电流与最大负载电流的总和，不适合低功耗应用。并联型电压基准的优点在于，采用电流偏置，能够满足很宽的输入电压范围，而且适合做悬浮式的电压基准。 电压基准芯片参数解析 安肯（北京）微电子即将推出的ICN25XX系列电压基准，是一系列高精度，低功耗的串联型电压基准，采用小尺寸的SOT23-3封装，提供1.25V、2.048V、2.5V、3.0V、3.3V、4.096V输出电压,并提供良好的温度漂移特性和噪声特性。 电力系统的电压等级 额定电压：各用电设备、发电机、变压器都是按一定标准电压设计和制造的。当它们运 行在标准电压下时，技术、经济性能指标都发挥得最好。此标准电压就称为~。 一、电力系统的额定电压等级 1、电力系统的额定电压等级（输电线路的额定线电压） 220，kV 380 220，kV 110，kV 330，kV 500， 10，kV 60，kV 6，kV 3，kV 35，kV 1000 750，kV kV 一般来说：110kv以下的电压等级以3倍为级差：10kv 35kv 110kv 110kv以上的电压等级，则以两倍为级差：110kv 220kv 500kv 确定额定电压等级的考虑因素： 三相功率S和线电压U、线电流I的关系是UI =。 S3 当输送功率一定时，输电电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资越小； 但电压越高，对绝缘的要求越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也越大。 所以，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。 但从设备制造的角度考虑，线路电压不能任意确定。规定的标准电压等级过多也不利于电 力工业的发展。 2、发电机、变压器、用电设备的额定电压的确定 1）用电设备的额定电压=线路额定电压 允许其实际工作电压偏离额定电压% ± 5 2）线路的额定电压： 指线路的平均电压（Ua+Ub）/2， 线路首末端电压损耗为10% ；因为用电设备允许的电压波动是±5% ，所以接在始端的 设备，电压最高不会超过5%；接在末端的设备最低不会低于-5% ； 3）发电机的额定电压 总在线路始端，比线路额定电压高5%；3kv的线路发电机电压为3.15kv。 实验十电压比较器的安装与测试 一．实验目的 1．了解电压比较器的工作原理。 2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。 二．预习要求 1．预习过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器的工作原理。 2．预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。 三．实验原理 电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。 下面讨论几种常见的比较器电路。 基本过零比较器（零电平比较器） 过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较，+15V 以决定输出电压的极性。电路如图1所示：u i 2 7 放大器接成开环形式，信号u i从反向端输入，同μA7416u o 相端接地。当输入信号u i< 0时，输出电压u o为正极限34 值U OM；由于理想运放的电压增益A u→∞，故当输-15V 入信号由小到大，达到u i = 0 时，即u -= u + 的时刻， 输出电压u o 由正极限值U OM 翻转到负极限值-U OM。图 1 反向输入过零比较器 当u i >0时输出u o为负极限值-U OM。因此，输出翻转的临界条件是u + = u - = 0。 即：+U OM u i< 0 u o = （1） -U OM u i >0 其传输特性如图2（a）所示。所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压u i是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。 第十三章第四节 电压和电压表的使用 初三物理备课组审核 班级______姓名________ 【学习目标】1、能通过与水压的类比理解电压的作用，知道电源的作用． 2、知道电压的单位及单位之间的变换．记住干电池和家庭电路的电压值． 3、能知道电压表的用途和符号．掌握电压表的正确使用方法． 4、通过实验探究理解串联电路和并联电路的电压规律。 【重点难点】 重点：①掌握电压表的正确使用方法． ②理解串、并联电路的电压规律。 难点：①理解电压的作用 ②探究串并联电路的电压关系。 【学习器材】 干电池、蓄电池、导线、开关、两个小灯泡、电压表、挂图。 【教学方法】 类比—探究—归纳 【课前准备】 1、电流表是用来测量＿＿＿＿的仪表，使用时，应将电流表＿＿＿联地接到被测电路中；使电流从＿＿＿接线柱流入，从＿＿接线柱流出；绝不允许把电流表＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 2、下表是部分用电器的电流值，电器1、电器2、电器3可能是台灯、计算器或电饭煲.则台灯应该是电器 ，计算器应该是电器 .；给手机充电，是把电能转化为 . 3、如右图所示，若接的是小量程，则电流表的示数是________A 。若接 的是大量程，则示数为________A 。 4、如图所示电路，闭合开关后，比较a 、b 、c 、d 四处电流的大小，其中不正确．．． 的是( ) A.I a =I d B.I a ＞I d C.I a ＞I b D.I d ＞I c 5、通过预习回答下列问题。 （1）电路中电流的形成，是由于电路两端存在着＿＿＿，而电源的作用就是维持＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 （2）电压的符号用＿＿表示．电压的主单位是：＿＿＿，简称＿＿＿，用字母＿＿＿表示。 比它大的单位有＿＿＿＿，比它小的单位有＿＿＿＿。 1.5V ＝＿＿＿＿KV ＝＿＿＿＿mV 8.5×104V ＝＿＿＿＿＿KV ＝＿＿＿＿＿mV （3）一节干电池的电压为＿＿V ，家庭电路的电压为＿＿V ，对人体安全电压不高于＿＿＿V 。 （4）测量电压要用专门的仪表叫＿＿＿表，阅读P68内容，预习电压表的使用方法。 （5）使用电压表时，必须使它＿＿联在被测电路的两端，使电流从＿＿接线柱流入，从＿＿接线柱流出；被测电压的大小不能超过电压表的＿＿＿＿，一般先试用＿＿量程，如电压表示数在＿＿量程范围内，则改用＿＿＿量程。 （6）电表的读数要做到“两看清”．请完成图中甲、 乙两表的读数． 甲图：量程 ； 分度值 ； 读数 ． 电器1 电器2 电器3 手机充电器 100μA 0.2A 3A 120mA 四电压比较器LM339的8个典型应用例子 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。 电压比较器 实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui (a) 图2 过零比较器 (b) (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（ R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等电压基准及时间基准解析
国内电网电压等级划分
电压比较器工作原理及应用实例
第1课时 电压和电压表的使用
比较器原理
电压基准芯片的参数解析及应用技巧(精)
电力系统的电压等级
电压比较器原理及使用
电压和电压表的使用
LM339电压比较器原理应用
电压比较器教程文件
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