电压比较器实验

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实验报告

课程名称:

___模拟电子技术实验____________指导老师:_ ___

_成绩:__________________ 实验名称:________实验类型:_EDA___________同组学生姓名:__ __ 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得

一. 实验目的

1.了解电压比较器与运算放大器的性能区别;

2.掌握电压比较器的结构及特点;

3.掌握电压比较器电压传输特性的测试方法; 4.学习比较器在电路设计中的应用。

二. 实验内容

1 .过零电压比较器

2 .单门限电压比较器

3 .滞回电压比较器

4 .窗口电压比较器

5 .三态电压比较器

三.实验原理

比较器的输出结构

集电极开路输出比较器 集电极/发射极开路输出比较器

专业:

姓名: 学号:_ 日期:_ 地点:

线

漏极开路输出比较器 推挽式输出比较器 ● 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 时,输出 ;反之,当输入电压 时,输出 。

● 基本单门限比较器电路

单门限比较器的输入信号V in 接比较器的同相输入端,反相输入端接参考电压V ref (门限电平) 。当输入电压V in >V ref 时,输出为高电平V OH ;当输入电压V in

上述三种电路都是将基准电压连接至反相输入端,并将信号电压连接至同相输入端,利用两输入端子之间的差动输入电压动作,因此信号电压与基准电压即使任意互换,除了输出的动作会反相外,对电路并不会造成任何问题。

OL

out V V =out in V V ≤OL out V V =out in V V ≥

● 迟滞比较器电路

迟滞比较器的同相输入端接输入电压,反相输入端接参考电压时,输入电压从低值达到超过上门限电压V TH 时,比较器输出从低的V OL 到高的V OH 翻转,称为同相滞后比较器,或称为上行迟滞比较器;反之,反相输入端接输入电压,同相输入端接参考电压,称为反相滞后比较器,或称为下行迟滞比较器

四.实验内容和步骤

实验一:

采用LM393做比较器,设计过零电压比较器电路,反相输入端接地,同相输入端接1kHz 、1V 正弦波信号,测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线,并测量输出方波的上升时间与下降时间。 ● 接线图如图所示:

输出波形为:

测得上升时间

VCC 5V

R52kΩ

Vin

Vref 1 V

R210kΩ Vin

Vref

Vout U1A LM339D 7

6

3

1

12

R3100kΩ XSC1

A

B

Ext Trig

+

+

_

_

+_

VEE -5V

R110kΩ

为30us。下降时间0.0030ms。

实际操作得出波形图:传输特性曲线

上升时间为2.64us,下降时间小于1us。

实际的上升下降时间和仿真得到的理论值有一定的出入。

仿真的上升下降曲线为线性,实际的波形图为非线性曲线。

原因应该是示波器有一定的电容值,对输出波形造成了影响,电容充放电的过程造成了上升为非线性曲线。实验二:

采用LM358做比较器,设计过零电压比较器电路,反相输入端接地,同相输入端接1kHz、1V正弦波信号,测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线,并测量输出方波的上升时间与下降时间。

接线图:

输出波形为

得到上升时间:0.1ms;下降时间为:0.13ms。

实际的输出波形为:

上升时间为:12.8us 下降时间为14.4us。

转移特性曲线如图

与393芯片相比,上升下降时间明显增大了不少,可见比较器与实际的运放的响应速度还是有差别的;与第一个实验类似,仿真值与实际值有一定的出入,同样是示波器的电容影响。

实验三:

采用LM393做比较器,设计单门限比较器电路,反相输入端接一可调输入电压Uin,同相输入端接1kHz、5V三角波信号,测量并绘制输出方波占空比与输入电压Uin的关系,理解PWM的生成原理。

接线图如下

Uin为1.5V时。输出波形:

在研究输出方波占空比与输入电压Uin的关系时,与同组同学合作,得到以下的波形图。

0.5V 0.6V 0.8V

1.05V 1.3V 1.5V

2V2.5V 3V

3.4V4V

4.5V

5V 5.5V 7V

在此基础上,对其进行曲线拟合。

得到占空比与Vsin的关系图。

这是一条非线性的曲线。

实验四:

设计反相输入(下行)滞回电压比较器,反相输入端接1kHz、1V正弦波信号,测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

接线图如下:

仿真输出波形如下:

仿真得到的转移特性曲线:

实际得到的输出波形为方波转移特性曲线

实验五:

设计窗口电压比较器电路,输入为1kHz、5V三角波信号,设置参考电压V ref1为1V直流电压,参考电压V ref2为4V直流电压,测量并绘制输出波形和电压传输特性曲线。

接线图:

仿真输出波形:

传输特性曲线: