电压比较器传输特性的仿真测试

［４］ 杨拴科． 模拟电子技术基础［Ｍ］． 北京：高等教育出版社， ２００３．
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ
ＬＵ Ｃｈａｏ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｓｈａｎｘｉ Ｕｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｎｚｈｏｎｇ Ｓｈａｎｘｉ ７２３０００， Ｃｈｉｎａ）
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｍｕｌｔｉｓｉｍ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ＤＣ ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ
启动 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ，在电路窗口中创建测试电路如图 １ 所示。ＬＭ ３２４ 采用±１２ Ｖ 双电源供电，输入信号加在
图1 过零比较器 （开环） 运放的反向输入端，Ｒ１ 为限流电阻，输出限幅电路由 两只稳压管构成。点击 Ｓｉｍｕｌａｔｅ 菜单中 Ａｎａｌｙｓｅｓ 下的 ＤＣ Ｓｗｅｅｐ Ａｎａｌｙｓｅｓ 命令，打开直流扫描分析的对话 框。选择 Ｓｏｕｒｃｅ 为 Ｕｉ，即输入信号，设置 Ｓｔａｒｔ ｖａｌｕｅ 为－ ０．５ Ｖ，Ｓｔｏｐ ｖａｌｕｅ 为 ０．５ Ｖ，Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ 为 ０．００１ Ｖ（此
收稿日期：２００５－０１－０７ 基金项目：陕西理工学院教改资助项目（ＹＪＧ０４２１） 作者简介：卢 超（１９７９－ ），男，陕西汉中人，陕西理工学院教师，主要从事电子技术，测控方面的研究．
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株 洲 工 学 院 学 报
２００５年
值越小，显示的曲线越平滑，但仿真的速度也就越
图４ 电压传输特性
２．２ 滞回比较器
滞回比较器具有滞回的传输特性，测试时要考虑 输入信号变化的方向。启动 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ，在电路窗口中创 建测试电路如图 ５ 所示。ＬＭ３２４ 采用±１２ Ｖ 双电源供电， 输入信号加在运放的反向输入端，Ｒ１ 为限流电阻，Ｒ２，
图７ Ｕｉ从＋５ Ｖ变化到－５ Ｖ的传输特性
１ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ简介
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 是一个用于电子线路仿真与设计的 ＥＤＡ 软 件，它有 １６ ０００ 多种元件 ／ 模型（ＰｏｗｅｒＰｒｏ 版），具备如 信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、 控制部件、机电部件等各种元气件。它可以对模拟电路、 数字电路和混合电路进行仿真，并且提供 １０ 多种虚拟仪 器（如示波器、万用表、信号发生器、功率表、扫频仪、 逻辑转换仪、网络分析仪等），以及 １８ 种仿真分析功能 （如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分 析、噪声分析、直流扫描分析、参数扫描分析、传递函 数分析、温度扫描分析等）。并且支持 ＶＨＤＬ／Ｖｅｒｉｌｏｇ 设计 输入和仿真。同时提供了多种仿真信息输出方式，将电 路原理图转入电路板设计软件，如 Ｐｒｏｔｅｌ、Ｏｒｃａｄ。而且 支持远程控制功能，实现交互式教学。由于元件库中有 若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，配合 强大的仿真分析，使结果更精确，更可靠。
第 １９卷第 ４期 ２００５ 年７月
株洲工学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．１９ Ｎｏ．４ Ｊｕｌ． ２００５
电压比较器传输特性的仿真测试
卢超
（陕西理工学院 物理系，陕西 汉中 ７２３０００）
摘 要：采用 ＥＤＡ 仿真软件 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 作为先进的教学手段，简要介绍如何利用其仿真分析功 能测试比较器的电压传输特性曲线。
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ （ＥＤＡ） ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｓ ａ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ．
２ 比较器电压传输特性的测试
为了便于在教学中使用，举例中均采用由集成运
放 ＬＭ３２４ 构成的比较器。稳压管采用 １Ｎ４３７２Ａ，稳定 电压 ＵＺ＝３ Ｖ。Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 中的仿真分析主要用到直流扫描 分析（ＤＣ Ｓｗｅｅｐ Ａｎａｌｙｓｅｓ）和后处理命令（Ｐｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）。 直流扫描分析是计算电路中某一节点的直流工作点随 电路中的一个或两个直流电源的数值变换的情况。后 处理命令是专门用来对仿真结果进行进一步数学处理， 可以对仿真所得的曲线和数据单个化处理，还可对多 个曲线或数据彼此之间进行运算处理，处理的结果仍 可以用曲线或数据表形式显示。 ２．１ 过零比较器
关键词： Ｍｕｌｔｉｓｉｍ；运放；电压传输特性；直流扫描分析 中图分类号 ：ＴＮ７０７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００８－２６１１（２００５）０４－００８３－０３
电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路， 它将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，并 将比较的结果输出， 输出只有两种可能的状态， Ｕ ＯＬ 和 ＵＯＨ。它是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，而 且在测量和控制系统中有着广泛的应用。通常用电压 传输特性来描述电压比较器输出电压与输入电压的函 数关系。采用 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ，可以快捷而方便地测试出比较 器的电压传输特性曲线，弥补实验室测试的繁琐，而且应 用于教学中， 可以提高学生求知的兴趣。
选择输出节点作为 Ｏｕｔｐｕｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ。执行 Ｓｉｍｕｌａｔｅ，得
到电压传输特性曲线如图 １０ 所示，直观准确的反映了
双限比较器的电压传输特性呈窗孔形状。
图１０ 电压传输特性Βιβλιοθήκη Baidu
图８ 电压传输特性
２．３ 双限比较器 在 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 电路窗口中创建测试电路如图 ９ 所示。
３ 结语
利用 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 的仿真分析法，测试比较器的传输 特性曲线是一种方便、易行的方法，而且，在 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 中也提供了很多型号的集成电压比较器，也可测试其 电压传输特性。测试方法可以很好的在教学和实验中 应用。
Ｒ３ 引入正反馈，输出限幅电路由两只稳压管构成。执 行 Ａｎａｌｙｓｅｓ 下的 ＤＣ Ｓｗｅｅｐ Ａｎａｌｙｓｅｓ 命令，选择 Ｓｏｕｒｃｅ
为 Ｕｉ，即输入信号，设置 Ｓｔａｒｔ ｖａｌｕｅ 为－ ５ Ｖ，Ｓｔｏｐ ｖａｌｕｅ 为 ＋５ Ｖ，Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ 为 ０．０１ Ｖ，选择输出节点作为 Ｏｕｔｐｕｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ。
慢），选择输出节点作为 Ｏｕｔｐｕｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ。执行 Ｓｉｍｕｌａｔｅ，
得到电压传输特性曲线如图 ２ 所示。可以用 Ａｎａｌｙｓｅｓ
Ｇｒａｐｈｓ 中的 Ｃｕｒｓｏｒｓ 工具测试出 Ｕｉ＞２ ｍＶ 时，Ｕｏ＝ － ３．８９ Ｖ；Ｕｉ＜－ ２ ｍＶ 时，Ｕｏ＝３．８９ Ｖ。直观准确的反映了过零 比较器的电压传输特性。
采用 ＬＭ３２４ 中两个运放，Ｖ 双电源供电。参考电压ＵＲＨ＝４ ｖ，Ｕ ＲＬ＝１ Ｖ ，输出端各通过一个二极管并联在一起，经 过稳压管稳压输出。执行 Ａｎａｌｙｓｅｓ 下的 ＤＣ Ｓｗｅｅｐ
Ａｎａｌｙｓｅｓ 命令，选择 Ｓｏｕｒｃｅ 为 Ｕｉ，即输入信号，设置 Ｓｔａｒｔ ｖａｌｕｅ 为 ０ Ｖ，Ｓｔｏｐ ｖａｌｕｅ为 ５ Ｖ，Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ 为０．０１ Ｖ，
参考文献：
图９ 双限比较器
［１］ 毛 哲，张双德． 电路计算机设计仿真与测试［Ｍ］． 武汉： 华中科技大学出版社，２００３．
［２］ 郑步生，吴 渭． Ｍｕｌｔｉｓｉｍ２００１电路设计及仿真入门与应 用［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２００２．
［３］ 童诗白，华成英． 模拟电子技术基础［Ｍ］． 北京：高等教 育出版社，２００１．
图３ 过零比较器 （闭环）
图 ６ Ｕｉ从－５ Ｖ变化到＋５ Ｖ的传输特性
再次执行 Ａｎａｌｙｓｅｓ 下的 ＤＣ Ｓｗｅｅｐ Ａｎａｌｙｓｅｓ 命令， 选择 Ｓｏｕｒｃｅ 为 Ｕｉ，设置 Ｓｔａｒｔ ｖａｌｕｅ 为 ＋５ Ｖ，Ｓｔｏｐ ｖａｌｕｅ 为－５ Ｖ，Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ为－０．０１ｖ，选择输出节点作为Ｏｕｔｐｕｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ。执行 Ｓｉｍｕｌａｔｅ，得到电压传输特性曲线如图 ７ 所示，这是 Ｕｉ 从 ＋５ Ｖ 变化到－ ５ Ｖ 的传输特性曲线。
图２ 电压传输特性
同上述方法一样，合理选取输入信号的变化范围 和增量的大小，即可测试没有方向性的单限比较器。 图 ３ 所示为工作在闭环状态的过零比较器，其电压传 输特性曲线如图 ４。
图５ 滞回比较器
执行 Ｓｉｍｕｌａｔｅ，得到电压传输特性曲线如图 ６ 所示， 这是 Ｕｉ 从－ ５ Ｖ 变化到 ＋５ Ｖ 的传输特性曲线。
执行 Ｓｉｍｕｌａｔｅ 菜单中的 Ｐｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｏｒ 命令，在出 现的对话框中进行如下设置：分别点击 Ｎｅｗ ｐａｇｅ 和
第 ４ 期
卢 超 电压比较器传输特性的仿真测试
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Ｎｅｗ Ｇｒａｐｈ 命令，建立新页和新曲线图，并分别命名。 选中 Ａｎａｌｙｓｅｓ Ｒｅｓｕｌｔｓ 栏的“滞回比较器”项下的 Ｄ Ｃ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ（ｄｃ０１），然后选择 Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｖａｒｉａｂｌｅｓ 栏中的 Ｖ（４） （此电路的输出节点），点击 Ｃｏｐｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｏ Ｔｒａｃｅ 按钮，点击 Ａｄｄ Ｔｒａｃｅ 按钮。这样 ｄｃ０１． Ｖ（４）出 现在 Ｔｒａｃｅ ｔｏ ｐｌｏｔ 下部的栏中。重复上述步骤，将 ｄｃ０２． Ｖ（４）也添加在 Ｔｒａｃｅ ｔｏ ｐｌｏｔ 下部的栏中。执行 Ｄｒａｗ 命令， 即可得到滞回比较器的电压传输特性曲线图 ８ 所示。 用 Ａｎａｌｙｓｅｓ Ｇｒａｐｈｓ 中的 Ｃｕｒｓｏｒｓ 工具测试出阈值电压 ＵＴ＝ ± １．８ Ｖ，输出电压 Ｕｏ＝ ± ３．６４ Ｖ。直观准确的反映 了滞回比较器的电压传输特性。