实验六 比较器电路
东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称:
第 6 次实验
实验名称: 比较器电路 院 (系): 专 业: 姓 名:学 号: 实 验 室: 同组人员: 实验时间: 10 年 5 月13日 评定成绩: 审阅教师:
实验六 比较器电路
一、实验目的
1、 熟悉常用的单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器的基本工作原理、电路特性和主要使用场合;
2、 掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数的计
算方法,研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响; 3、 了解集成电压比较器LM311的使用方法,及其与由运放构成的比较器的差别; 4、 进一步熟悉传输特性曲线的测量方法和技巧。
二、实验原理
三、预习思考
1、 用运算放大器LM741设计一个单门限比较器,将正弦波变换成方波,运放采用双电源
供电,电源电压为±12V,要求方波前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的1/10,请根据LM741数据手册提供的参数,计算输入正弦波的最高频率可为多少。 答:
查询LM74的数据手册,可得转换速率为0.5V/us,电源电压为 10V 左右,计算可得输出方波的最大上升时间为40us, 根据设计要求, 方波前后沿的上升下降时间不大于半个周期的1/10,计算可得信号的最大周期为800us, 即输入正弦波得到最高频率为1.25KHZ.
2、 画出迟滞比较器的输入输出波形示意图,并在图上解释怎样才能在示波器上正确读出上
限阈值电平和下限阈值电平。 答:
Ch1接输入信号,ch2接输出信号,两通道接地,分别调整将两个通道的零基准线,使其重合。用示波器的游标功能,通道选择ch1, 功能选择电压,测出交点位置处电压即对应上限和下限阈值。
4、 完成必做实验和选做实验的电路设计和理论计算。
答:1)LM741构成单门限电压比较器:
2)LM311构成单门限电压比较器:
实际—端只需接地即可,引脚和741有所区别。
3)迟滞电压比较器: 电路见实验内容部分
四、实验内容
1、 单门限电压比较器:
用LM741构成一个单门限电压比较器,基准电平为0V ,要求输出高低电平为±6V,供电电压为±12V,输入频率为1KH Z 的正弦波,用示波器观察输入、输出信号波形,并用坐标纸定量记录(提示:可以使用稳压管)。
1)基准电平0V 时单门限比较器输入、输出信号波形图(f )
3)结果分析:
实验时得到的电压传输特性有一个小的滞回,体现在输入输出波形上就是有上升时间和下降时间,是因为741内部并非理想电路,其受转换速率的影响。
输出信号的幅度并非准确的 6V ,这是因为稳压管有一定的正向导通压降,实际的稳压值应为6+0.7~6.7V
(I) 输入信号改为100H Z 的正弦波,用示波器的X-Y 显示方式测试比较器的传输特性,
改变基准电压为±1V,观察传输特性曲线的变化,并用坐标纸定量记录显示的曲线
。
注:开始输入电压幅度为2V, 但测传输特性曲线时, 当改变基准电压为±1V,反转区会消失,是因为所取电压区间过小,故增大输入电压幅度使其为5V.
画于同一坐标平面内如下:
同图中可看出,每条传输特性曲线都有一个回差电压。
(II) 将输入信号改为5KH Z 的正弦波,重复(I)的内容,将测得结果与(I)进行分析比较。 1)基准电平0V 时单门限比较器输入、输出信号波形图(f =
)
2)基准电平0V 时单门限比较器传输特性曲线(f
)
注:在做LM311时烧坏了稳压管中的一只,后来该做这个时没有发现,故传输特性曲线上部分不对。
4结果分析:
随着频率越来越高,回差变大,传输特性曲线开始倾斜,是受转换速率的影响。
(III) 将LM741改为LM311,重复(III ),将测得结果与(III )进行分析比较。
1)基准电平0V 时LM311单门限比较器输入、输出信号波形图(f =
2)基准电平0V 时LM311单门限比较器传输特性曲线(f
4结果分析:
LM311是专用的电压比较器,其内部有一定的补偿电路,可消除回差的影响,同时提高转换速率,体现在上升时间和下降时间比741大大减小。
2、 迟滞比较器:
(I) 用LM741设计一个迟滞电压比较器,当输入电压高于7V 时输出为-6V ,输入电压低
于3V 时输出为6V ,运放供电电压为±12V。
1) 设计原理图
2) 设计过程
电路选择反相迟滞比较电路已知:V UT =7V , V LT =3V , ±V CC =±12V
n n +1n n +1
1n +11n +1
V U T =V R V LT =V R
+V O M -V O M
=7V =3V
理论上V O M =±10V , 但由前面实验内容一知输出高低电平为±6V 时,实际稳压在
±7V 左右,所以应取V O M =±7V ,实际在调时,其实不用调VR 两端电压,因为电
路发生变化,算的的值所对应的不一定是翻转点,而可以调节两电位器观察传输特性上两个翻转点,调节到所要求的3V,7V 即可。
(II) 分别输入1KH Z 和10KH Z 的正弦波,用示波器观测输入、输出信号波形,并用坐标纸
定量记录显示的信号波形,比较并分析它们的结果。
注:实际调节时,发现当输入信号频率≤7H Z 时,输出波形还近似是方波,继续增大
信号频率,发现输出波形出现失真,传输特性曲线也由两近乎平行的线而逐渐接近相交,故此时测量输出信号的值无意义。
4)输入、输出信号波形图(f=1KHZ )
5)输入、输出信号波形图(f=10KHZ )
(III) 输入信号改为100H Z 的正弦波,用示波器的X-Y 显示方式测试比较器的传输特性,
并用坐标纸定量记录显示的曲线。
6)迟滞比较器传输特性曲线图
注:翻转电压忘记调节到3V,7V
7)实验结果分析:
简单的门限比较器在两个输入端之间的电压超过门限电压时,输出状态将发生改变,由于实际输入时电压不稳定,选择迟滞比较器,选择合适的回差电压,可以减少干扰,提高电路的稳定性。
五、思考题
1. 试推导具有滞回特性的的同相输入电平检测器的V UT 、V LT 、V CTR 和V H 的公式。 答: 上限阈值电压V U T =V O M n
n -V R m - 下限阈值电压V L T =-V O M V R 回差电压V H =V U T -V LT =中心电压V ctr =V U T +V L T 2m 2V O M n V R
m =-
2. 在本次实验电路中,驱动晶体三极管Q 的基极电阻R b 阻值应如何确定? 图中继电器线圈
旁并联的二极管D 2起什么作用?
答:R b 的阻值由驱动三极管的驱动电流及第一级运放741的输出电压来确定。
图中继电器线圈旁并联的二极管D 2 起到了对继电器保护的作用