电压比较器教程文件

电压比较器通常由运算放大器（OpAmp）或差分放大器构成，其工作原 理基于运算放大器的非线性特性。
电压比较器的应用场景
电压比较器在各种电子设备和系 统中广泛应用，如模拟-数字转 换器、自动控制系统、传感器接
口等。
在电源管理中，电压比较器用于 检测电源电压是否正常，从而保 护电路免受过压或欠压的损害。
电压比较器的电源电路设计
电源电压范围
电源电路应能够提供稳定的电源 电压，以满足电压比较器的正常
工作需求。
电源噪声抑制
为了减小电源噪声对比较器性能的 影响，电源电路应具有噪声抑制功 能。
电源效率
为了降低能耗和提高系统稳定性， 电源电路应具有较高的电源效率。
04
电压比较器的应用实例
电压比较器在信号处理中的应用
电压比较器的线性工作范围问题
总结词
线性工作范围是电压比较器的重要性能指标，如果超出其线性范围，电压比较器的输出可 能失真或不稳定。
详细描述
电压比较器的线性工作范围受到其内部电路设计和制造工艺的限制。当输入信号的幅度超 过一定范围时，电压比较器的输出可能不再是理想的阶跃信号，而是出现失真或振荡现象 。
未来电压比较器的发展方向
研究新型的电压比较器结构和设计方 法，以提高性能和降低成本。
加强电压比较器的智能化和自适应控 制研究，以提高其适应性和应用范围 。
探索电压比较器与其他电子器件的集 成和优化，以实现更小尺寸和更高可 靠性的系统。
拓展电压比较器的应用领域，如物联 网、人工智能、新能源等新兴领域， 以满足不断增长的市场需求。
阈值检测
在自动控制系统中，电压比较器用于检测系统参数是否超过预设 阈值，从而触发相应的控制动作。
调节系统

实验九电压比较器一、实验目的1.掌握比较电路的电路构成及特点。

2.学会测试比较电路的方法。

二、实验原理电压比较器是对输入信号进行鉴幅和比较的电路，就是将一个模拟电压信号去与一个参考电压信号相比较，当两者相等时，输出电压状态将发生突然跳变。

常见的比较器类型有：过零电压比较器、滞回电压比较器等。

三、实验设备与器件1.双踪示波器2.信号发生器3.数字万用表四、实验内容1.过零比较器实验电路如图9－1所示图9－1 过零比较电路(1)按图接线，Vi悬空时的测量Vo电压。

(2)Vi输入500Hz有效值为1V的正弦波，观察Vi-Vo的波形并记录。

(3)改变Vi幅值，观察Vo变化。

2.反相滞回比较电路实验电路如图9－2所示图 9－2 反相滞回比较电路(1)按图接线，并将RF调为100K，Vi接DC电压源，测出Vo由+Vom→-Vom 时Vi的临界值。

(2)同上，Vo由-Vom→+Vom(3)Vi接500Hz，有效值为1V的正弦信号，观察并记录Vi-Vo波形。

(4)将电路中RF调为200K，重复上述实验。

3.同相滞回比较器实验线路如图9－3所示图9－3 同相滞回比较电路(1)参照2自拟实验步骤及方法。

(2)将结果与2相比较。

五、实验总结1.整理实验数据及波形图，并与预习计算值比较。

2.总结几种比较电路特点。

六、预习要求1.分析图9－1电路，回答以下问题⑴．比较电路是否要调零？原因何在？⑵．比较电路两个输入端电阻是否要求对称？为什么？⑶．运放两个输入端电位差如何估计？2.分析图9－2电路，计算：⑴．使Vo由+Vom变为-Vom 的Vi临界值。

⑵．使Vo由-Vom变为+Vom的Vi临界值。

⑶．若由Vi输入有效值为1V正弦波，试画出Vi-Vo的波形图。

3.分析图9－3电路，重复2的各步。

4.按实验内容准备记录表格及记录波形的座标纸。

实验十波形发生器一、实验目的1、学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。

2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

2. 滞回比较器：具有滞回特性；抗干扰能力强。
• 输出电平：uo=±Uom • 门限电压：
UT1
Rf Rf
R2
U REF
R2 Rf R2
U Om
UT 2
Rf Rf
R2
U
REF－
R
f
R2
R2
U Om
信息与计算机科学实验中心
• 跃变方向
UT1
Rf Rf
R2
U REF
Rf
R2
R2
U Om
UT 2
④ 置UREF =+5V；重复②、③；
⑤ 置UREF =－5V；重复②、③；
信息与计算机科学实验中心
波形图举例：
信息与计算机科学实验中心
电压传输特性曲线举例：
信息与计算机科学实验中心
2.窗口比较器
实验步骤：
① VCC=±15V； ② 门限电压URH=－URL=5V； ③ 输入信号ui=12VPP； ④ 测量并绘制输入、输出波形和电
Rf Rf
R2
U REF－ Rf
R2 R2
U Om
• 设ui＜UT2，则u－＜u+，uo＝+Uom。此 时u+＝ UT1，增大ui，直至UT1，再增大， uo从+Uom跃变为 －Uom。
• 设ui＞UT1，则u－＞ u+，uo＝－Uom。 此时u+＝ UT2，减小 ui，直至UT2，再减 小，uo从－Uom跃变为+Uom。
• 当ui<URL时，uo2=－uo1= Uom，D2导通， D1截止；uo=Uom 。
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四．实验内容
1.单限比较器

电压比较器L
M3 93
综合设计能力的提高。

【教学目标】
仁知识与技能
(1) 初步学会识读集成电路LM393的内部结构和引脚图。

(2) 理解电压比较器在电路中的作用和接入电路的方法。

(3) 学会用集成电路LM393设计制作简单的电子作品。

2、过程与方法
(1) 共同探讨电压比较器接入电路的方法，选择合适电子元器件在电子实验板上搭建验证电路，探究电压比较器电路的工作原理。

(2) 联系生活实际，通过分析、设计、制作、调试“光控照明电路",进一步了解电
压比较器在实际电路中的作用，提高分析问题、解决问题的能力。

3、情感态度与价值观
(1) 通过电压比较器电路分析、在电子实验板上组装与实验调试，达到
“理论一实践一理论”相结合，激发学习兴趣，增强创新意识，合作意识。

(2) 通过“光控照明电路”的设计和制作，感悟数字技术对改善生活的作用，激发学习科学技术、应用科学技术的热情。

【教学重点与难点】
仁重点：电压比较器电路的工作原理
2、难点：电压比较器接入电路的方法
【教学器材】
教具：多媒体课件、多媒体实物投影
学具：面包板、电池（电池夹）、导线若干、电阻、可变电阻、光敏电阻、集成块LM393发光二极管
【教学流程图】
新课导入一＞探究分析f实践验证—巩固提高f交流拓展【教学过程】
附录：板书设计
U N >U P, Uo 二“0? LED 不亮# U N <U P, U°=r 2 LED亮*。

UZ
R ui
－
+
+
R1
R2
uo
R
ui
uo
－
+
UZ +
R1
R2
思考题：如何计算(jìsuàn)上下限？
第26页/共27页
第二十七页，共27页。
(6-27)
RF
R1
ui
–
+ A
+
运放处于线性状态，但外围电路有非 线性元 件( yuánjiàn)— —稳压 二极管 。
DZ双向 稳压管
R：限流
电阻
(diànzǔ)
。一般
ui
取100 。 R
u
o
DZ
u
UZo
-UZ
第5页/共27页
第六页，共27页。
t t
(6-6)
另一种形式(xíngshì)的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。 ui
R
uo
－
+
+
> u+ 当 u- =0 时, uo= +UOM
ui
u <+ 当 u- =0时, uo= -UOM
R1
R2
u+=0 时翻转，可以求出上下门限( ménxiàn) 电压。
R2 R1 R2
ui
R1 R1 R2
U om
0
R2 R1 R2
ui
R1 R1 R2
U om
0
第22页/共27页
ui
ui
+
+
u
o
+
+
u
ui
o
+UOM ui

8.4 电压比较器
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。 常用的幅度比较电路有电 压幅度比较器、窗口比较器和 具有滞回特性的比较器。这些 比较器的阈值是固定的，有的 只有一个阈值，有的具有两个 阈值。
8.4.1 固定幅度比较器 8.4.2 滞回比较器 8.4.3 窗口比较器 8.4.4 比较器的应用
v O 始终等于 V om 当 v I 逐渐减小，且 vI V'T以前， ， 因此出现如图8.33(b)所示的特性曲线。
回差电压 V ：
V V T V'T R2 V V om om R 1 R 2


图8.33(b)滞回比较电路 的传输特性
8.4.3 窗口比较器
窗口比较器的电路如图8.34所示。电路由两个幅 度比较器和一些二极管与电阻构成。
8.4.1 固定幅度比较器
(1) 过零比较器和电压幅度比较器
过零电压 比较器是典型 的幅度比较电 路，它的电路 图和传输特性 曲线如图8.31 所示。
(a) (b) (a)电路图 (b)传输特性曲线
图8.31 过零电压比较器
将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到 一个电压值VREF 上 , 就得到电压幅度比较器，它的 电路图和传输特性曲线如图8.32所示。
图8.34 窗口比较器
8.4.4 比较器的应用
比较器主要用来对输入波形进行整形，可以将不规
则的输入波形整形为方波输出,其原理图如图8.36所示。
(a) 正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波 图8.36 用比较器实现波形变换
R V R 1 REF 2 V V T om R R R R 1 2 1 2
当输入电压 vI ≥VT

电压比较器
一、 电压比较器的传输特性
1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系
u f(u)
O
I
2.阈值电压： UT
当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对 应的输入电压。
3.电压传输特性的三要素 (1)输出电压的高电平UOH和低电平UOL的数值。 (2)阈值电压的数值UT。 (3)当uI变化且经过UT时， uO跃变的方向。
为零,从而保护了输入级;二是由于集成运放并没有工作到非线
性区,因而在输入电压过零时,其内部的晶体管不需要从截止区
逐渐进入饱和区,或从饱和区逐渐进截止区,所以提高了输出电
压的变公速度.
问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？
问题：过零比较器如图所示，
输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
传输特性
uO
+UOpp
vI
+UZ
O
O
-UZ -UOpp
uI
vO VOH
O
将正弦波变为矩形波
VOL
T 2
3 4 t
t
二、单限比较器
单限比较器有一个门限 电平，当输入电压等于此门 限电平时，输出端的状态立 即发生跳变。据叠加原理：
uNR1R 1R2uI R1R 2R2uREF
当输入电压 uI 变化，使反相 输 入 端 的 电 位 为 零 （ uN=uP=0 ）
故传输特性呈滞回形状。
-UZ
图 8.2.10 滞回比较器
UT+
uI
若 uO = UZ ，当 uI 逐渐增大时，使 uO 由 +UZ 跳变
为 -UZ 所需的门限电平 UT+
U TR 2R FR FURE F R 2R 2R FUZ

+12V NC D 7 R1 10K 8 2 6 3 + 4 6V D 2DW231 OA1 ININ+ VR2 2K µA741 (LF356) 1 4 V+ UO OA2
5
ui
uo
-12V
2、 任意电平比较器
(1)按图1-7-2接好实验电路。 (1)按图1 接好实验电路。 按图 (2)调节稳压电源使两路输出分别为12V； 调节稳压电源使两路输出分别为12V (2)调节稳压电源使两路输出分别为12V；分别作 为运放的正、负电源，加至实验电路板的正、 为运放的正、负电源，加至实验电路板的正、负电 源端，注意电源极性不要接反。 源端，注意电源极性不要接反。
二、实验设备
1.SS-7802示波器 示波器 2. DF1641B函数发生器 函数发生器 3. DF2170A交流毫伏表 交流毫伏表 4. DT890数字万用表 数字万用表 5. DF1731SB直流稳压电源 直流稳压电源
三、实验内容及步骤
1、过零比较器
(1) 使函数发生器输出正弦信号 i，频率为 使函数发生器输出正弦信号u 频率为500HZ，有效值 为400mV，将该信号加至比较器输入端。 ，将该信号加至比较器输入端。 的波形，并测量u (2) 用双踪示波器观察 o和ui的波形，并测量 o的幅值和周 用双踪示波器观察u 按比例描绘波形。 期。按比例描绘波形。 (3) 改变 i的幅值，观察 o的波形是否有变化。 改变u 的幅值，观察u 的波形是否有变化。
五、实验报告
• 1.在坐标纸上画出各电路u 及对应u 1.在坐标纸上画出各电路ui及对应uo的波 在坐标纸上画出各电路 标出波形的幅值和周期。 形，标出波形的幅值和周期。 • 2.分析电路状态转换点的实际值和理论 2.分析电路状态转换点的实际值和理论 值是否一致。 值是否一致。 • 3.电路调试过程中遇到哪些问题？您是 3.电路调试过程中遇到哪些问题 电路调试过程中遇到哪些问题？ 怎样解决的？ 怎样解决的？

第十六页，共23页。
11
1
f0
T 2T2
2RCln12RR12
例3.2.1 电路如图，设C=0.1μF，
R
R=50k，R1=R2=10k，UCC=|UEE|=12V,
UCC -
试求uo(t)和uc(t)的波形幅度和频率。
+ A1
uo
解：1） uo(t)为方波，其幅值为：
uC =
U om U oH |U oL |U C C12V
U TH U r1R 1R 1R 2U oH R 1R 1R 2U CC
第七页，共23页。
此后 ui 继续增大， uo 一直维持在低电平。此时参考电压为：
U r2U f1R 1R 1R 2U oL R 1 R R 12U EE
由于参考电位的变化，若输入一直为正，则输出不再发生变
化，只有当输入比参考电位更负，输出才发生跳变，由低电平
第十八页，共23页。
uo1
UoH
T1
T2
0
t
UoL
uo2
Uoo22mm
0
t
U’o2m
双运放方波–三角波振荡器的输出波形
第十九页，共23页。
1）uo1 和 uo2 的幅度计算 a) uo1的幅度
u o的 1 高 U O H 电 U C， C平 低 U O L 电 U EE 平
Uo1PP2UCC
uo2为三角波，当uo1为高电平时，C充电电流为ic=αUoH/R， uo2随 时间线性下降。A1反相端接地，当U+过零时，A1输出状态发生变化，
第二页，共23页。
电压比较器的性能指标
1、 高电平(UoH)和低电平(UoL)
uoH UCC
专用比较器的输出电平：

2
输特性曲线 2、 反向滞回比较器 （1）连接图 2（a）所示实验电路，接通直流电源，测出 Uo 由高电平变为低电 平时的阈值 （2）同上，测出 Uo 由低电平变为高电平时的阈值 （3）将信号发生器接入 Ui，并使之输出频率为 500Hz，电压有效值为 1V 的正 弦波信号，用示波器观察比较器的输入 Ui 与输出 Uo 波形并记录 3、 同向滞回比较器 （1）连接图 3 所示实验电路，参照反向滞回比较器的测试方法自拟实验步骤及 方法 （2）将实验结果与反向滞回比较器的理论分析结果进行比较，分析误差产生原 因
（4）改变信号发生器的输出电压 Ui 幅值，通过观察示波器 Uo 变化可知电压传 输曲线如下图所示
3
当 Ui<0 时，由于集成运放的输出电压 Uo ' =+Uom，使稳压管 D2 工作在稳压 状态（两只稳压管的稳定电压均小于集成运放的最大输出电压 Uom） ，所以输出 电压 Uo=Uz；当 Ui>0 时，由于集成运放的输出电压 Uo ' =-Uom，使稳压管 D1 工作在稳压状态,所以输出电压 Uo=-Uz。 电路图中所选的稳压管的稳压电压为 6.2V，但实际测出的电压输出值 6.91V 略大于此值。当 Ui<0 时，稳压管 D2 工作在稳压状态，稳压管 D1 工作在正向导 通状态，所以使输出电压 Uo=Uz+UD（UD 为稳压管的正向导通电压） ，因而实际 测量值略高于稳压管的稳压值。 2、 反向滞回比较器 （1）连接图 2（a）所示实验电路，接通直流电源，测出 Uo 由高电平变为低电 平时的阈值 实验结果：UTH1 =625mV 仿真结果：UTH1=619.004mV 理论结果：UTH1 =R2Uz /（R2+R3）=564mV 将实验结果、仿真结果与理论结果的对比如下表所示 实验结果 仿真结果 理论结果 阈值 UTH1 625mV 619.004mV 564mV 与理论值的误差 10.8% 9.8% 0 （2）测出 Uo 由低电平变为高电平时的阈值 实验结果：UTH2= 660mV 仿真结果：UTH2= 672.934mV 理论结果：UTH2 = R2Uz /（R2+R3）= 564mV 将实验结果、仿真结果与理论结果的对比如下表所示 实验结果 仿真结果 理论结果 660mV 672.034mV 564mV 阈值 UTH2 与理论值的误差 17.0% 19.2% 0 （3）将信号发生器接入 Ui，并使之输出频率为 500Hz，电压有效值为 1V 的正 弦波信号，用示波器观察比较器的输入 Ui 与输出 Uo 波形如下

(1)按图6-7连接好实验电路，并将RF调 整为100kΩ，打开直流电压源，测出Vo 由+Vom到-Vom的临界值。 (2)同上，测出Vo由-Vom到+Vom的临 界值。 (3)将信号发生器接入Vi，并使之输出频 率为500Hz，电压有效值为1v的正弦信 号，用示波器观察Vi—Vo波形并记录。 (4)将电路中RF调为200kΩ，重复上述实 验
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3．同相滞回比较器
uo RF A uf u R i 1 ui R if R1 ii
实际电路图 图6-7 同相滞回比较器
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uo RF A uf u R i 1 ui R if R1 ii
实验六 电压比较器
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。
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二：实验设备
• • • • • • 模拟电子线路实验箱 一台 双踪示波器 一台 信号发生器 一台 万用表 一台 连线 若干 其中，模拟电子线路实验箱用到函数发生 器、直流稳压电源模块，元器件模组以及 “单级共射放大电路”电路模板
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uo RF A uf u R i 1 ui R if R1 ii
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uo RF A uf u R i 1 ui R if R1 ii
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uo RF A uf u R i 1 ui R if R1 ii
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uo RF A uf u R i 1 ui R if R1 ii

实验八电压比较器一、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1．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u i和比较器的基准电压U R相比较，当u i 与U R 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U o (sat) 。

可见，电压比较器可以将输入模拟信号u i 转变为输出方波信号u o ，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u i 与U R 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U o (sat) 。

U o (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，U R 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 u i 加在反相输入端，限流电阻R 及稳压管V Z 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U Z 。

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 < U R 时，运算放大器输出正饱和压降，限幅电路中的稳压管V z 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U z ，故有：Z o U u当 u i > U R 时，运算放大器输出负饱和压降，稳压管V z 正向导通，比较器输出电压等于稳压管的正向导通压降U D ，故有：u o =－U D可见，在电压比较器中，以基准电压U R 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U z 和低电位信号－U D 。

第30讲（选讲）主要内容：单门限电压比较器和迟滞比较器基本要求：掌握单门限电压比较器和迟滞比较器的工作原理，理解方波及锯齿波发生器的工作原理。

教学要点：单门限电压比较器和迟滞比较器的工作原理9.4非正弦波发生电路一、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。

常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器和具有滞回特性的比较器。

这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。

1. 固定幅度比较器1) 过零比较器和电压幅度比较器过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图9.4.1所示图9.4.1 过零比较器传输特性曲线将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值V REF上, 就得到电压幅度比较器，它的电路图和传输特性曲线如图9.4.2所示:图9.4.2 电压幅度比较器电路图和传输特性曲线2) 比较器的基本特点(1) 工作在开环或正反馈状态。

(2) 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。

(3) 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。

2. 滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图9.4.3所示。

当输入电压v I 从零逐渐增大，且 时， ， 称为上限触发电平。

当输入电压 时， ，此时触发电平变为 ， 称为下限阈值(触发)电平。

图9.4.3 滞回比较器3. 窗口比较器窗口比较器的电路如图9.4.4所示。

电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。

设R 1 =R 2，则有：T I V v ≤+=om O V v T V ++++=om21221REF 1T V R R R R R V R V T I V v ≥-=om O V v T 'V T 'V -+++=om21221REF 1T 'V R R R R R V R V DL H D CC 212D CC L 2=)2(21)2(=V V V V V R R R V V V +-=+-图9.4.4 窗口比较器窗口比较器的电压传输特性如下图9.4.5所示.当v I>V H时，v O1为高电平，D3导通；v O2为低电平, D4截止，v O= v O1。

实验三电压比较器实验一、实验目的1．掌握电压比较器的电路构成及特点。

2．理解电压比较器的输出与输入信号之间的关系。

3．加深理解电压比较器电路的传输特性。

二、实验原理电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压比较，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。

比较器可以组成非线性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4-1所示为一简单的电压比较器，U R为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压U i加在反相输入端。

图4-1 图4-2 当U i< U R时，运放输出高电平，稳压管D Z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U i >U R时，运放输出低电平，稳压管D Z正向导通。

输出端电压等于稳压管的正向压降U D，即U O=-U D。

因此，以U R为临界点，当输入电压U i变化时，输出端反映出两种状态（高电平和低电平）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4-2为图4-1比较器的传输特性。

常用的电压比较器有过零比较器、滞回比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。

1．过零比较器电路如图4-3所示为过零比较器，信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零，从同相输入端输入。

当U i>0时，输出Uo=-U，当U i<0时，Uo=+U。

其电压传输特性如图4-4所示。

过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。

图4-3 过零比较器图4-4 传输特性曲线2．滞回比较器图4-5为具有滞回特性的过零比较器过零比较器在实际工作时，如果U i恰好在过零点附近，则由于零点漂移的存在，U O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4-5所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若U O 改变状态，U +端电位也随着改变，使临界点离开原来位置，于是出现如图4-6所示的滞回特性曲线。

实验十二--电压比较器————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验十二 电压比较器一、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、实验器材1. 双踪示波器2. 函数信号发生器3. 交流毫伏表4. 数字万用表5. 电子线路实验学习机（带A3模块）三、预习要求1. 复习教材中有关电压比较器的内容。

2. 过零比较器中，如果要改变输出电压的幅度，应该电路中哪个元件的参数？四、实验原理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，可以完成对输入信号的鉴幅与比较，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。

在电压比较器电路中，集成运放工作在非线性区，即输出电压和输入电压不再是线性关系。

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曲线。

常见的比较器有过零比较器、滞回比较器，窗口比较器等。

1．过零比较器（如图3-12-1）－＋1R 10K2R 5K16Viu ou 0iu ou ttiu ou 0(a) 电路图 (b) 传输特性 (c) 输出波形图3-12-1 过零比较器其阈值电压U T ＝0V 。

集成运放工作在开环状态，其输出电压为z U 。

当输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出信号的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。

因此，抗干扰能力差。

2．反相滞回比较器－＋1R 10K3R 5K16V2R 10KFR 680Kiu ou Piu ou THU TLUttiu ou 00THU TLU(a) 电路图 (b) 传输特性 (c) 输出波形图3-12-2 反相滞回比较器如图3-12-2所示，从输出端通过电阻F R 连到同相输入端P ，以实现正反馈，若o u 改变状态，P 点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。

图为过零比较器
图为一般单限比较器。
U R1U 2V
T
R REF
2
图 例波形图
三、滞回比较器
1.从反相输入端输入的滞回比较器电路
1）计算阈值电压UT uN uI
uP
R1 R1R2
uO,令uN
uP，得
UT
R1 R1R2
UZ
U OL U Z U OH U Z
2）工作原理及电压传输特性
（1）设uI＜－UT，则 uN＜ uP， uO＝+UZ。此时uP＝ +UT，增 大 uI，直至+UT，再增大， uO才从+UZ跃变为－ UZ。
R2 R1
UREF
UREF—参考电压或称 基准电压
（1）若要UT< 0，则应如何修改电路？（改变参考电压的极性） （2）若要改变曲线跃变方向，则应如
何修改电路？（将同相输入端与反相端所接外电路互换）
（3）若要改变UOL、UOH呢？ （改变输出端的限幅电路UZ的大小）
单限比较器的特点和应用 单限比较器的作用： 检测输入的模拟信号 是否达到某一给定电平。 缺点：抗干扰能力差。 解决办法： 采用具有滞回传输特 性的比较器。
问题：过零比较器如图所示，
输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
传输特性
uO
vI
+UOpp
+UZ
O
O
-UZ -UOpp
uI
vO
VOH
O
VOL
将正弦波变为矩形波
T 2
3 4 t
t
2.一般单限比较器
UO UZ
作用于反相输入端
uN
R2 R1 R2
UREFR1R1R2

实验十
一、实验目的：
集成运放构成的电压比较器
1、掌握电压比较器的模型及工作原理； 2、掌握电压比较器的应用；
二、预习要求
1、了解各种电压比较器的原理及其电压传输特性，掌握其应用； 2、对实验内容中的各种电路进行 Mualtisim（EWB）或者 PSpice 仿真。并列出结果。
三、实验报告要求
1、列出仿真结果 2、按实验要求，画出个实验电路及其电压传输特性曲线和波形变化； 3、列出各电路观测的数据，分析实验结果。
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用示波器测量 Vi 的转换电平 VT+、VT 值；改变 Rw，观察 ER 减小时，Vo 的正脉宽 tu+ 的变化情况。
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(a)
图3
(b)
图 3 (c)
(c)
窗口电压比较器波形变换
窗口电压比较器及传输特性曲线
当 R3》R1、R2 时，A、B 两点的直流电平分别为： R1 R 2 R1 R2 Vcc Vcc Vcc VA≈ 2R1 R 2 2R1 R 2 2R1 R 2 R1 R1 R 2 R2 VB≈ Vcc Vcc Vcc 2R1 R 2 2R1 R 2 2R1 R 2 当 Vi > VA 时，D1 截止、D2 导通，则 V+ >V-，Vo=VOH； 当 Vi < VB 时，D1 导通、D2 截止，则 V+ >V-，Vo=VOH； 当 VB < Vi < VA 时， D1、 D2 均导通， 由于 D1、 D2 导通压降的存在， 则 V+ <V-， Vo=VOL； + 在理想情况下（R3）R1 与 R2，忽略 D1、D2 导通压降 VD） ，上触发电平 VT 、下触发 电平 VT 、窗口宽度ΔVT 分别为：