滞回比较器
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。
u o u o
+U OM+U OM
0 u i0 u i
-U OM-U OM
(a）理想运放（增益A→∞）（b）实际运放（增益A≠∞）
图2 基本过零比较器的传输特性
对于实际运算放大器，由于其增益不是无 u i
限大，输入失调电压U OS不等于零，因此，输
出状态的转换不是突然的，其传输特性如图2 0 t （b）所示，存在线性区。
由以上工作原理可知，比较器中运放的反 u
向输入端和同相输入端的电压不一定相等。+U OM
假设输入信号u i为正弦波，在u i过零时，
比较器的输出就跳变一次，因此，u o为正、负 0 t 相间的方波电压，如图 3 所示。
为了使输出电压有确定的数值并改善大信U OM
号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上图3 比较器的输入与输出波形限幅器。如图4(a)所示。图中：R=1k， D Z1、D Z2采用5229，U Z1 = U Z2 = 。
+15V u o
u i 2 7 +U Z
μA7416 u
o
3 4
R
15V D Z10 u i
D Z2
U Z
(a) 接上限幅器的比较器（b）电压传输特性
图4
在图4（b）中：U Z = U Z2 + U D1，U Z = U Z2 + U D1。
此时：
+U Z u i< 0
u o = （2）
-U Z u i >0
3．任意电平比较器
1）差动型任意电平比较器
电路如图5（a）所示，输入信号u i加到反向+15V
输入端，在同相输入端加一个参考电压U REF ，当 u i 2 7
输入电压u i 小于参考电压U REF 时，输出为+U OM ， μA741 6 u o 当输入电压u i 大于参考电压U REF 时，输出为U OM 。 U REF 3 4
该电路的传输特性如图5（b ）所示。 15V
即： （a ）电路
+U OM u i < U REF
u o = （3） u o
U OM u i > U REF +U OM
与零电平比较器一样，可以根据比较器输出
电压的极性来判断输入信号是大于U REF ，还是小 U REF
于U REF 。对于差动型任意电平比较器来说，其比 0 u i 较电平U C 就等于基准电压U REF 。
2）求和型任意电平比较器 U OM
电路如图6（a ）所示，这种电路可以判定
输入信号是否达到或超过某个基准电平。在图6 （b ）电压传输特性 （a ）电路中，输入信号u i 和基准信号U REF 通过 图5 反向输入差动型任意电平比较器 电阻R 1和R 2作用在运放的反向输入端。用戴维南定理将它们转化成等效电压源： 2
112'R R R U R u u REF i i +?+?= 和内阻： R ′=R 1 // R 2 , 其等效电路如图6（b ）所示。 u o
u i R 1 +15V +15V +U OM
U REF R 2 2 7 u i R 2 7
μA741 6 u o μA741 6 u o U c
3 4 3 4 0 u i 15V 15V U OM
（a ）电路图 （b ） 等效电路 （c ）电压传输特性
图6（其中R 1、R 2分别取2k ）
由于u + = 0，根据输出翻转的临界条件u + = u = 0，故由u
i = 0，可求得比较电平： REF C U R R U 2
1-= (4) 因此，比较器的输出电压为： +U OM u i < U C
u o = （5）
U OM u i > U C
电压传输特性如图6 （c ）所示。 +15V
3．窗口比较器 2 7
如果要判别输入信号电压u i 是否进入某一定 U REF1 A 1 6
范围，则可以用图7（a ）所示的窗口比较器来进 3 4 D 1
行判别。该窗口比较器是由一个反向输入差动任 u i 15V u o 意电平比较器和另一个同相输入差动任意电平比 +15V
较器适当地组合而成。 2 7 D 2 R 假定U REF1> U REF2，则当u i < U REF1时，A 1输 A 2
出为+U OM ，A 2输出为U OM ，D 1导通，D 2截止， U REF2 3 4
输出电压u o = +U OM ；当U REF2 > u i > U REF1时，A 1 15V
和A 2的输出都是U OM ，D 1、D 2都截止，输出电压 （a ）窗口比较器电路
u o = 0；当u i > U REF2时，A 1输出为U OM ，A 2输出 u o
为+U OM ，D 1截止，D 2导通，输出电压u o = +U OM ； +U OM
其电压传输特性如图7（b ）所示。
由图中传输特性可知，当输入电压u i 处于U REF1 U REF1 0 U REF2 u i 和U REF2之间时，输出为0，而当输入电压的值处于
U REF1和U REF2之外时，输出为+U OM 。注意：在图7 （b ）电压传输特性
电路中，运算放大器的输出端不能直接相连，因为 图7 (D 1、D 2用IN4148，R=1k ) 当两个运放输出电压的极性相反时，将互为对方提供低阻抗通路而导致运算放大器烧毁。
4．滞回比较器（施密特触发器） +15V 在任意电平比较器中，如果将集成运放的输 u i 2 7 出电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反 μA741 6 u o 馈，就可以构成滞回比较器，如图8 (a) 所示。 3 4 它的门限电压随着输出电压的大小和极性而变。 U REF R 1 R 2 15V 从图8（b ）中可知，它的门限电压为：
REF REF o C U R R R U u u U ++-==++2
11)( (a) 滞回比较器 2
121R R R U R u REF o +?+?= u o 而u o = ±U OM ，根据上式可知，它有两个门 +U OM
限电压（比较电平），分别为上门限电压U H 和下
门限电压U L ，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽
度。即： 0 U U u i △U=U H – U L （6）
当集成运放的输出为+U OM 时，通过正反馈支 U OM
路加到同相输入端的电压为： (b) 电压传输特性
图8（R 1=2k ，R 2 =10k ，U REF =） OM U R R R 2
11+ 则同相输入端的合成电压为：
REF OM U R R R U R R R U 2
12211+++=+ = U H （上门限电压） （7） 当u i 由小到大，达到或大于上门限电压U H 的时刻，输出电压u o 才从+U OM 跃变到U OM ，并保持不变。此时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为：
OM U R R R 2
11+- 此时同相输入端的合成电压为：
REF OM U R R R U R R R U 2
12211+++-=+ = U L （下门限电压） （8） 当u i 从大变小，在u i 达到或稍小于U L 的时刻，输出电压u o 又从U OM 跃变到+U OM ，并保持不变。
根据（7）和（8）式，可求得迟滞宽度为：
OM L H U R R R U U U 2
112+=-=? (9) 由上式可知，迟滞宽度与参考电压U REF 无关，改变R 1或R 2的值，就可以改变门限电压或迟滞宽度△U 的大小。
若U REF = 0 ，图8 就成为零电平施密特触发器，其上门限电压U H 为：
OM H U R R R U 2
11+= (10) 下门限电压U L 为：OM L U R R R U 211+-
= (11)
迟滞宽度△U仍然由（9）式决定，与U REF无关。
四．实验设备
名称型号与规格数量
示波器日立V—2521
直流稳压电源JWD—2型1
函数发生器GFG—8016G1
五．实验内容
1．零电平检测器的设计与测试
用A741设计一个接有限幅器的反相输入零电平检测器。输入频率f ＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正、负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
2．任意电平比较器的设计与测试
1）用A741设计一个接有限幅器的反相输入差动型任意电平比较器。U REF1 =，输入频率f ＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
2）用A741设计一个接有限幅器的反相输入求和型任意电平比较器。U REF1 =，输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。+15V
3．窗口比较器的设计与测试+15V 2 7
用A741设计一个窗口比较器（参考图A1 6
9电路，图中：R=1k，R1=10k，R2=4k，R1 3 4 D1
R3=1k，D1、D2为IN4148）。U REF1=5V，U REF1 u i 15V u o
U REF2 =1V，输入频率f＝300Hz的正弦信号，R2+15V
逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间U REF2 2 7 D2 R
的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出R3 A2 6
波形u o和电压传输特性。 3 4
4．滞回比较器的设计与测试15V
用A741设计一个任意电平反相施密特图9 窗口比较器实验电路
触发器，要求u op-p=±U Z。输入频率f＝300Hz的正弦信号，逐渐增大u i的值，直到输出信号为正负相间的方波。利用示波器观测输入波形u i、输出波形u o和电压传输特性。
六．实验报告要求
1．画出每个标有元件值的实验电路图。
2．画出所观测到的输入、输出波形和电压传输特性曲线。并计算出每个实验内容的比较电平。
3．计算出滞回比较器的上门限电压U H和下门限电压U L。
常见电压比较器分析比较 电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。 一、零电平比较器(过零比较器) 电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。 参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图1(a)、(b)所示 图1 过零比较器 (a)反相输入；(b)同相输入 通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。 阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号UTH表示。
估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零)，即U+=U–。对于图1(a)电路，U–=Ui, U+=0, UTH=0。 传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。 画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。 二、任意电平比较器(俘零比较器) 将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR(设为直流电压)，由于UR的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。
图2 任意电平比较器及传输特性 (a)任意电平比较器；(b)传输特性 图3 电平检测比较器信传输特性 (a)电平检测比较器；(b)传输特性 电平电压比较器结构简单，灵敏度高，但它的抗干扰能力差。也就是说，如果输入信号因干扰在阈值附近变化时，输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，可能使输出状态产生误动作。为了提高电压比较器的抗干扰能力，下面介绍有两个不同阈值的滞回电压比较器。 三、滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。 滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
第一部分 模拟电子课程设计
目录 1 课程设计的目的与作用 (1) 1.1设计目的、主要任务及设计思想 (1) 1.2设计作用 (1) 1.2.1滞回比较器 (1) 1.2.2双限比较器 (1) 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 (1) 2.1设计任务 (1) 2.2 Multisim软件环境介绍： (2) 3 电路模型的建立 (2) 3 .1滞回比较器 (2) 3 .2双限比较器 (2) 4 理论分析及计算 (3) 4 .1滞回比较器理论分析及计算 (3) 4 .2双限比较器 (4) 5 仿真结果分析 (5) 5 .1滞回比较器 (5) 5 .2双限比较器 (5) 6 设计总结和体会 (6) 7 参考文献 (6)
1 课程设计的目的与作用 1.1设计目的、主要任务及设计思想 根据设计要求完成对滞回比较器和双限比较器的设计，进一步加强对模拟电子技术的理解。了解比较器的工作原理，掌握外围电路设计与主要性能参数的测试方法。 1.2设计作用 1.2.1.滞回比较器：又称施密特触发器，其抗干扰能力强，如果输入电压受到干扰或噪声的影响，在门限电平上下波动，而输出电压不会在高、低两个电平间反复的跳动。 1.2.2.双限比较器：在实际工作中，有时需要检测输入模拟信号的电平是否处在两个给定的电平之间，此时要求比较器有两个门限电平，这种比较器称为双限比较器。 2设计任务及所用multisim软件环境介绍 2.1设计任务 初步了解和掌握滞回比较器和双限比较器的设计、调试过程，能进一步巩固课堂上学到的理论知识，了解滞回比较器和双限比较器的工作原理
2.2 Multisim软件环境介绍 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 3 电路模型的建立 3.1.滞回比较器 图3.1 3.2.双限比较器
模拟电路课程设计报告设计课题：滞回比较电路 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
滞回比较器电路设计 一、设计任务和要求 1、设计一个检测被测信号的电路；被测信号在2V-5V内输出不变；小于2V 输出低电平，大于5V输出高电平。 2、高电平为+3V，低电平为-3V； 3、参考电压UREF自行设计； 4、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。 二、方案设计与论证 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路。其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极性。输出电平在最大输出电压的正极限值和负极线值之间摆动。此次课程设计要求做一个输入小于2V时输出-3V，输入大于5V时输出3V，输入2V-5V时输出不变得滞回比较器电路。总体思路如下： 1．方案设计 方案一：被测信号从同相输入端输入，输出端用稳压管稳压，参考电压用电位器分压取得通过电压跟随器与反相输入端相连。运用滞回比较器基本原理实现要求的功能。方案一原理图如图2-1所示 图2-1 方案一原理图
方案二，被测信号从反相输入端输入，输出端用稳压管稳压，再接一个反相比例运算电路，使其比例系数为-1。参考电压由电位器分压获得，通过电压跟随器与同相输入端相连。运用滞回比较器基本原理实现要求的功能。方案二原理图如图2-2所示 U1 UA741CD 3 2 4 7 6 5 1 U2 UA741CD 3 2 4 7 6 5 1 R1 20kΩ R2 20kΩ R3 5.6kΩ R5 10kΩ VCC 12V VCC 12V VEE -12V VEE -12V VDD 7V D1 1N4730A D2 1N4730A R4 20kΩ R6 20kΩ R7 10kΩUi Uz 图2-2 方案二原理图 2.方案论证 方案一：电路相对简单，焊接比较简单，所需元器件较少且容易获得。 方案二：电路结构相对复杂，焊接比较繁琐，需要的元器件相对较多。 我的选择：方案一。 理由：所用元件较少，焊接比较简单，价格较便宜，性能也不相上下。故较方案二要好一些。 三、单元电路设计与参数计算 1．滞回比较电路--方案一 因V U Z3 =3 2 2R R=得 V U REF 3 7 = 令 则
滞回电压比较器原理及特性 滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点就是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时,它有两个阈值,且不相等,其传输特性具有“滞回”曲线的形状。 滞回比较器也有反相输入与同相输入两种方式。 UR就是某一固定电压,改变UR值能改变阈值及回差大小。 以图4(a)所示的反相滞回比较器为例,计算阈值并画出传输特性 图4 滞回比较器及其传输特性 (a)反相输入;(b)同相输入 1,正向过程
正向过程的阈值为 形成电压传输特性的abcd段 2,负向过程 负向过程的阈值为 形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似,故称之为滞回电压比较器。 利用求阈值的临界条件与叠加原理方法,不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值 两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。 由上分析可知,改变R2值可改变回差大小,调整UR可改变UTH1与UTH2,但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移,滞回曲线宽度不变。 图5 比较器的波形变换 (a)输入波形;(b)输出波形
例如,滞回比较器的传输特性与输入电压的波形如图6(a)、(b)所示。根据传输特性与两个阈值(UTH1＝2V, UTH2=–2V),可画出输出电压uo的波形,如图6(c)所示。从图(c)可见,ui在UTH1与UTH2之间变化,不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象,使电平鉴别产生误差。 图6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图 (a)已知传输特性;(b)已知ui 波形; (c)根据传输特性与ui波形画出的uo波形
神奇的滞回电压比较器 初学者感觉滞回电压比较器比较奇妙，是因为它有两个转折的门限电压，为了容易理解，不妨从一个更通俗的例子说起。比如我们常用饮水机中的温控开关．就是比较简单也是比较典型的具有滞回特性的器件。假如我们设定开关工作的温度是T1，如果开关没有滞回的特点，当达到这个温度时，电热器断开，温度下降，当低于这个温度时，电加热器接通。这样就会出现一种情况，电热器在这个温度附近会频繁接通和断开，温度达到T1一加热器件断开一温度下降一导致电热器接通一温度上升-加热器件又断开，如此反复，在临界区附近产生振荡。这是我们不希望的结果，所以，温控开关一般是具有滞回的特点，动作（断开）温度TH和复位（接通）温度TL有一定的温度差一回复误差。比如：设定开关断开的温度是大于95℃，复位接通的温度是小于90℃，回复误差根据需要可以调整，这样就解决了温控开关频繁接通和断开的问题。接通到断开，断开到接通沿着不同的路径，不走回头路，故此称为滞回控制开关。 滞回电压比较器和上述的温控开关是一样的道理，可以类比理解。大家知道运算放大器在开环状态下可以用作比较器，其理想和实际的电压传输特性如附图所示，实际特性是只有当它的差模输入电压足够大时，输出电压Uo才为正负最大值。Uo在从+Uce变为-Uss或从-Uss变为+Uce的过程中，随着Ui的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。可以知道，在单限比较器中，输入电压在阀值电压附近的微小变化，都将引起两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁穿越跳变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。而滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。 滞回电压比较器电路有两个阀值电压，类似本文开始提到的温控开关，有两个门限值UH、UL。输入电压Ui从小变大过程中使输出电压Uo产生跃变的阔值电压UH,不等于Ui从大变小过程中使输出电压Uo产生跃变的阀值电压UL．电路具有滞回特性。举个例子，如附图所示为从反向输入端输入的滞回比较器电路．由分压电阻Rl:R2构成正反馈。假设Rl=lOkn，R2=lOOn，电源供电电压为：U CC=13V，Uss=-13V,反馈系数F=R2/(R 1+R2)。比较器的反相输入电压从0开始线性变化，当Ui=0时，加到同相的输入瑞电压为Uref=RI/(R1+R2)Eref，Uo=Uce，同相端总电压UH=1 V，同相端电压大于反相端电压，这是一个稳定的状态。 输入电压由零向正方向增长，只要它还小于UH，即Ui<1V，输出电压Uo都保持最大正的电征Ucc不变，即Uo=13V。当Ui一旦超过UH一点点，平衡即被破坏，由于反向输入电压大于正向输入电压，输出电压Uo就会从最大正向电压Ucc(+13V)向负向最大电压Uss(-13V)转换。而且由于R1、R2引入的正向反馈作用将加速这种转换，形成跳变，获得理想的传输电压特性，Uo从+13V跳变到-13V。 跳变完成后，加到同相端的总电压为：UL=0.86V，显然只要输入电压保持大干UL即U>0.86V，输出电压将保持负的最大值Uss(-13V)不变。但是当输入电压U从大到小下降到小于UL(0.86V)时，一个相反的连锁反馈又将使输出电压Uo从负的最大值Vss(-13V)跳变到正的最大值Ucc(+13 V)。通过改变Eref的大小可方便改变滞回区间。 斯密特滞回触发器只有-个触发端子，比较方便灵活，在实际中具有广泛的应用，如一开始提到的温控开关就可以用滞回触发器实现。再比如开关电源中的欠压保护就是滞回比较器的典型应用，当市电电压低于一定值时．通过滞回比较器使开关电源停止工作，保护电网和机器的安全。 我们以常用的UC3842为例简单说明其原理，UC3842⑦脚为电压输入端，内接施密特滞回触发器，利用其回滞特性实现锁存，其启动电压范围为16V-34V。 在电源启动，Vcc＜16V时，输入电压施密器比较器输出为0，此时无基准电压产生，电路不工作；当Vcc>16V时输入电压施密特比较器送出高电平到5v稳压器，产生5v基准电压，此电压一方面供内部电路工作，另一方面通过⑧脚向外部提供参考电压。一旦施密特比较器翻转为高电平（芯片开始工作以后），Vcc可以在10V-34V范围内变化而不影响电路的工作状态。当Vcc低于10V时．施密特比较器又翻转为低电平，电路停止工作。当出现机器启动困难的故障时，就要考虑该脚外围元件是否正常，该部分电路比较简单，维修应该不复杂，关键是判断故障，要抓住其故障特点。由于保护电路的滞回特点，-般是启动困难，一旦启动成功，能长时间稳定工作。
模拟电子技术课程设计报告 专业: 班级:级班 姓名: 学号: 指导老师 : XX学院 日期:年月
教师评语：
目录 一、设计任务和要求0 二、比较器参数计算0 三、 Multisim 单元电路设计及电路仿真 2 1、滞回比较器部分 2 2、窗口电压比较器部分 2 （1）窗口比较器 2 （2）窗口比较器的限幅 3 3、直流稳压电源部分 3 4、 LM317 可调稳压电源 4 5、总电路图 4 6、仿真测试 5 四、实体电路制作 6 1、元件清单 6 2、直流稳压电源改装7 3、电路元件焊接7 4、实体电路测试8 五、总结与体会9
一、设计任务和要求 1、设计一个检测被测信号的电路；被测信号在2V-5V 内输出电平不变；小于2V 输出低电平，大于5V 输出高电平。 2、高电平为 +3V，低电平为 -3V； 3、参考电压 U REF自行设计； 4、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（± 12V）。 二、比较器参数计算 在任意电平比较器中，如果将集成运放的输出 电压通过反馈支路加到同相输入端，形成正反 馈，就可以构成滞回比较器，如图（2-1) 所示。 它的门限电压随着输出电压的大小和极性而 变。从图（ 2-2）中可知，它的门限电压为： U C (u o U REF ) R 1 U REF u o R1 U REF R2 （1）u R2 R1 R2 R1 而u o = ±U OM，根据上式可知，它有两个门限电压（比较电平），分别为上门限电压 U H和下 门限电压 U L，两者的差值称为门限宽度或迟滞宽度。即： △U=U H– U L （2） 当集成运放的输出为 +U OM时，通过正反馈支路 加到同相输入端的电压为：R1 U OM R1 R2
模拟电子技术自主设计实验 姓名：林启震班级：04101 学号1120410121 实验日期：5.27 台号：教师签字： 电压比较器 一、实验目的 1、掌握电压比较器的分析及其计算 2、学习测试比较器的方法 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、信号发生器 3、数字万用表 4、直流电源。 三、实验原理及测量方法 电压比较器（通常称为比较器）的功能是比较两个电压的大小。例如，将一个信号电压Ui和另一个参考电压Ur进行比较，在Ui>Ur和Ui
(a )电路图 (b )电压传输特性曲线 图2 反向滞回电压比较器 电压比较器的特性可以用电路的传输特性来描述，它是指输出电压与输入电压的关系曲线，如图1(b )为过零比较器的电压传输特性曲线。 可以看出，当输入电压从低逐渐升高或从高逐渐降低经过0电压时，Uo 会从一个电平跳变为另一个电平，称0为过零比较器的阈值。阈值定义为当比较器的输出电平从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压值。 滞回电压比较器的电压传输特性曲线如图2(b )所示。 曲线表明，当输入电压由低向高变化，经过阈值1TH U 时，输出电平由高电平(Uz )跳变为低电平(-Uz )。 2123z TH R U U R R = + 当输入电压由高向低变化，经过阈值2TH U 时，输出电平由低电平(-Uz)跳变为高电平(Uz)。 2123z TH R U U R R -= + 3、电压比较器的测试 测试过零比较器时，可以用一个低频的正弦信号输入至比较器中，直接用双踪示波器监看输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于零、小于零时，输出的高、低电平变化波形，即将正弦波变换为方波。 滞回电压比较器测试时也可由用同样的方法，但在示波器上读取上、下阈值时，误差较大。采用直流输入信号的方案较好，调节输入信号变化，测出输出电平跳变时对应的输入电压值即为阈值。 四、实验内容 1、 过零比较器 （1）连接图1（a ）实验电路，检查无误后，接通12V ±直流电源 （2）测量当Ui 悬空时，Uo 的值 （3）调节信号源，使输出频率为100Hz ，有效值为1V 的正弦波信号，并输入至Ui 端，用示波器观察比较器的输入Ui 与输出Uo 波形并记录 （4）改变信号发生器的输出电压Ui 幅值，用示波器观察Uo 变化，测出电压传
在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都会引起输出电压的跃变，不管这种电压是来自输入信号还是外部干扰。因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差，滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因而也就具有一定的抗干扰能力。 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。 滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。 UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。 以图4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性 图4 滞回比较器及其传输特性 66666 (a)反相输入；(b)同相输入 1，正向过程 正向过程的阈值为
形成电压传输特性的abcd段 2，负向过程 负向过程的阈值为 形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。 利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值 两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。 由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和UTH2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。 图5 比较器的波形变换 (a)输入波形；(b)输出波形 例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6(a)、(b)所示。根据传输特性和两个阈值(UTH1＝2V, UTH2=–2V)，可画出输出电压uo的波形，如图6(c)所示。从图(c)可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。
滞回比较器文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-
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 μA741 6 u o 相端接地。当输入信号u i < 0时，输出电压u o 为正极限 3 4 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。
滞回比较器 关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。工程中, 常用滞回描述非对称 绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。 首先, 看一下比较器的传输特性。图1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2所示为实际比较器的传输特性。从图2可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(VIN)增大到2mV时 才开始改变。 图1. 理想比较器的传输特性 图2. 实际比较器的传输特性 运算放大器在开环
图3. 无滞回电路时比较器输出的模糊状态和频繁跳变 举个例子, 考虑图4所示简单电路, 其传输特性如图5所示。比较器的反相输入电压从0开始 线性变化, 由分压电阻R1、R2构成正反馈。当输入电压从1点开始增加(图6), 在输入电压超过同相阈值VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为VCC。在阈值点, 输出电压迅速从VCC跳变为VSS, 因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入电压。输出保持为低电平, 直到输入经过新的阈值点 5 , VTH- = VSSR2/(R1 + R2)。在5点, 输出电压迅速跳变回VCC, 因为这时同相输入电压高于反相输 入电压。 图4. 具有滞回的简单电路
图5. 图4电路的传输特性 图6. 图4电路的/输出电压波形 图4所示电路中的输出电压VOUT与输入电压VIN的对应关系表明, 输入电压至少变化2VTH时, 输出电压才会变化。因此, 它不同于图3的响应情况(放大器无滞回), 即对任何小于2VTH的噪声或干扰都不会导致输出的迅速变化。在实际应用中, 正、负电压的阈值可以通过选择适合的反馈设置。 其它设置可以通过增加不同阈值电压的滞回电路获得。图7电路使用了两个MOSFET和一个电阻网络调节正负极性的阈值。与图4所示比较器不同, 电阻反馈网络没有加载到负载环路, 图8给出了输入 信号变化时的输出响应。
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 2 7 i 从反向端输入，同μA741 放大器接成开环形式，信号u i
6 u o 相端接地。当输入信号u i < 0时，输出电压u o 为正极限 3 4 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。 o OM OM u i 0 u i -U OM -U OM (a ）理想运放（增益A →∞） （b ）实际运放（增益A
电压比较器的安装与测试实验十 实验目的一． ．了解电压比较器的工作原理。 1 ．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2 比较器。 预习要求二． ．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。1 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以采用运算放大器组成。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 u 以决定输出电压的极性。电路如图1所示： 2 7i 6u u从反向端输入，同放大器接成开环形式，信号μA741oi相端接地。当输入信号u< 时，输出电压u为正极限430oi 值U ；由于理想运放的电压增益A→∞，故当输15V?uOM入信号由小到大，达到u0 时，即u = u 的时刻，= ?i + 输出电压u由正极限值U翻转到负极限值?U。图 1 反向输入过零比较器OMo OM 当u>0时输出u为负极限值?U 。因此，输出翻转的临界条件是u = u = 0。?oi OM+ 即：+U u< 0 iOM u= （1）o ?U u>0 i OM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是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。i
一、过零比较器 过零比较器，顾名思义，其阈值电压U T=0V。电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+U OM或-U OM。当输入电压u I<0V时，U O=+U OM；当输入电压u I>0V时，U O=-U OM。因此，电压传输特性如图(b)所示。 为了限制集成运放的差模输入电 压，保护其输入级，可加二极管限幅 电路，如右图所示。 ★两只稳压管稳压值不同 在实用电路中为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的U OH和U OL，如图（725）(a)所示。图中R为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均应小于集成运放的最大输出电压U OM。设稳压管D Z1的稳定电压为U Z1，稳压管D Z2的稳定电压为U Z2，U Z1和U Z2的正向导通电压均为U D。 当u I<0时，由于集成运放的输出电压u/O=+U OM，D Z1使工作在稳压状态，D Z2工作在正向导通状态，所以输出电压 u O=U OH=（U Z1+U D） 当u I>0时，由于集成运放的输出电压u/O=-U OM，D Z2使工作在
稳压状态，D Z1工作在正向导通状态，所以输出电压 u O=U OL=-（U Z2+U D） ★两只稳压管稳压值相同 若要求，U Z1=U Z2则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管，其符号如图(b)所示，稳定电压标为±U Z。 当u I<0时，u O=U OH=U Z； 当u I>0时，u O=U OL=-U Z。 ★稳压管接在反馈通路中 限幅电路的稳压管还可跨接在集成运 放的输出端和反相输入端之间，如右图所 示。假设稳压管截止，则集成运放必然工作 在开环状态，输出电压不是+U OM，就是 -U OM。这样，必将导致稳压管击穿而工作在 稳压状态，D Z构成负反馈通路，使反相输 入端为“虚地”，限流电阻上的电流i R等于 稳压管的电流i Z，输出电压u O=±U Z。 电路优点： ◆由于集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为零，从而保护了输入级； ◆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，或从饱和区逐渐进入截止区，所以提高了输出电压的变化速度。 二、一般单限比较器 如图(a)所示为一般单限比较器，U REF为外加参考电压。根据叠加原理，集成运放反相输入端的电位 （推导过程）
滞回比较器详解 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
滞回比较器 关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。工程中, 常用滞回描述非对称 绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。 首先, 看一下比较器的传输特性。图1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2所示为实际比较器的传输特性。从图2可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(VIN)增大到2mV 时才开始改变。 图1. 理想比较器的传输特性 图2. 实际比较器的传输特性 运算放大器在开环 图3. 无滞回电路时比较器输出的模糊状态和频繁跳变 举个例子, 考虑图4所示简单电路, 其传输特性如图5所示。比较器的反相输入电压从0开始线 性变化, 由分压电阻R1、R2构成正反馈。当输入电压从1点开始增加(图6), 在输入电压超过同相阈值 VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为VCC。在阈值点, 输出电压迅速从VCC跳变为 VSS, 因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入电压。输出保持为低电平, 直到输入经过新的阈值点5 , VTH- = VSSR2/(R1 + R2)。在5点, 输出电压迅速跳变回VCC, 因为这时同相输入电压高于反相输 入电压。 图4. 具有滞回的简单电路 图5. 图4电路的传输特性 图6. 图4电路的/输出电压波形 图4所示电路中的输出电压VOUT与输入电压VIN的对应关系表明, 输入电压至少变化2VTH 时, 输出电压才会变化。因此, 它不同于图3的响应情况(放大器无滞回), 即对任何小于2VTH的噪声或干扰都不会导致输出的迅速变化。在实际应用中, 正、负电压的阈值可以通过选择适合的反馈设置。 其它设置可以通过增加不同阈值电压的滞回电路获得。图7电路使用了两个MOSFET和一个电阻网络调节正负极性的阈值。与图4所示比较器不同, 电阻反馈网络没有加载到负载环路, 图8给出了 输入信号变化时的输出响应。 图7. 通过外部MOSFET和电阻构成滞回电路 图8. 图7电路的输入/输出电压波形
滞回电压比较器原理及 特性 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
滞回电压比较器原理及特性滞回电压比较器 滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。 滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。 UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。 以图4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性 图4 滞回比较器及其传输特性 (a)反相输入；(b)同相输入 1，正向过程正向过程的阈值为 形成电压传输特性的abcd段
2，负向过程 负向过程的阈值为 形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。 利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值 两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和UTH2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左 移，滞回曲线宽度不变。图5 比较器的波形变 换 (a)输入波形；(b)输出波形 例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6(a)、(b)所示。根据传输特性和两个阈值(UTH1＝2V, UTH2=–2V)，可画出输出电压uo的波形，如图6(c)所示。从图(c)可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。
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
(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 四、实验内容 1、过零电压比较器 （1）如图5所示在运放系列模块中正确连接电路，并接通±12V电源。 图5 过零比较器
滞回比较器（和施密特触发器特性类似） 2009年04月09日星期四 08:41 摘要：长期以来, 模拟比较器的使用一直处在它的“同伴”――运算放大器的阴影之中。设计人员发表了大量针对运算放大器的应用笔记, 而关于比较器的应用笔记较少。正是由于缺少比较器的应用资料, 很多用户希望Maxim应用部能够在如何建立比较器滞回电压方面提供帮助。本文针对这一需求, 介绍在一些常用的比较器电路中建立滞回电压的方法, 并且讨论了提高噪声抑制能力和系统稳定性有关措施。 关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。工程中, 常用滞回描述非对称操作, 比如, 从A到B和从B到A是互不相同。在磁现象、非可塑性形变以及比较器电路中都存在滞回。 绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。 首先, 看一下比较器的传输特性。图1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2所示为实际比较器的传输特性。从图2可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(V )增大到 IN 2mV时才开始改变。 图1. 理想比较器的传输特性 图2. 实际比较器的传输特性 运算放大器在开环状态下可以用作比较器, 但是一旦输入信号中有少量的噪声或干扰, 都将会在两个不同的输出状态之间产生不期望的频繁跳变(图3)。用带有内部滞回电路的比较器代替开环运算放大器能够抑制输出的频繁跳变和振荡。或在比较器的正反馈电路中增加外部滞回电路, 正反馈的作用是确保输出在一个状态到另一个状态之间快速变化, 使比较器的输出的模糊状态时间达到可以忽略的水平, 如果在正反馈中加入滞回电路可减缓这种频繁跳变。
滞回比较器 2009-03-19 10:19:15| 分类：学习中|字号订阅 长期以来, 关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后”, 或阻碍前一状态的变化。工程中, 常用滞回描述非对称 绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为5mV到10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。 首先, 看一下比较器的传输特性。图1所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性, 图2所示为实际比较器的传输特性。从图2可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(VIN)增大到2mV时才开始改变。 图1. 理想比较器的传输特性 图2. 实际比较器的传输特性
运算放大器在开环 图3. 无滞回电路时比较器输出的模糊状态和频繁跳变 举个例子, 考虑图4所示简单电路, 其传输特性如图5所示。比较器的反相输入电压从0开始线性变化, 由分压电阻R1、R2构成正反馈。当输入电压从1点开始增加(图6), 在输入电压超过同相阈值 VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为VCC。在阈值点, 输出电压迅速从VCC跳变为VSS, 因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入电压。输出保持为低电平, 直到输入经过新的阈值点5 , VTH- = VSSR2/(R1 + R2)。在5点, 输出电压迅速跳变回VCC, 因为这时同相输入电压高于反相输入电压。 图4. 具有滞回的简单电路
比较器的选型与滞回比较器的应用 比较器，是一种非线性电路，其基本工作原理与运算放大器相同，都是以较大增益将同相与反向端子间差模电压进行放大并输出。但比较器与运算放大器在结构上最大的不同就是比较器没有相位补偿电容，这一不同点体现在比较器性能方面有两点：①一般情况下，比较器的响应速度比运算放大器要快的多；②加负反馈时会产生振荡。我们公司常用的比较器是LM339，在使用的过程中发现其上升沿很缓，且在加滞回的情况下确实可以减小噪声的干扰但响应时间会变长。下面讨论不同输入信号、供电电压等情况下，比较器的选型和滞回比较器应用的影响。 对比较器的选型一般考虑以下几个方面：①电源电压条件，如LM139的供电电压范围是2—36V，TLV7211的供电电压范围是 2.7—16V,TLV3502的供电电压范围是2.7V—5.5V；②响应时间，一般的通用比较器的响应时间都在us级，也就是输入的最大频率在几十到几百千赫兹之间，但是高速的比较器一般在ns级，如TLV3502的响应时间是4.5ns；③输出形式，大致有三种类型：集电极开路（如LM139）、互补式射级跟随器和图腾柱式（如TLV7211）；④上升时间与下降时间，这个参数在有些比较器的Datasheet中没有（如LM339,实验证明其上升时间较长、波形较缓），如TLV7211的上升时间与下降时间在10kHz，输入端压差为10mV的情况下是0.3us。当然在某些特定的场合的应用还需要考虑其消耗功率、工作温度等等。 有些信号受噪声的影响很大，输出的波形不规则，因此引入了滞回比较器用其尽量减小噪声的影响。滞回电路图及分析如图1所示。这种电路输入信号中即使叠加有噪声，若噪声电平在滞回范围以内，输出就不会发生称为多重触发的误动作。 图1 滞回比较电路 如图1所示，滞回电路中R1、R2会影响比较器的响应时间，导致输出信号延迟于输入信号的时间变长。通过实验验证LM339的滞回比较，在允许通过的频率范围内，当R1=510kΩ，R2=1MΩ时，响应时间是2us；当R1=5.1kΩ，R2=10kΩ时，响应时间是0.8us；当没有滞回比较时，响应时间是0.4us。也就是，滞回电路的电阻阻值越大，比较器的响应时间越长。
班级学号 实验日期节次教师签字成绩 实验名称同相滞回电压比较器的研究 1.实验目的 1.掌握同相滞回电压比较器的电路构成及特点。 2.掌握测试同相滞回电压比较器的方法。 3.掌握同相滞回电压比较器的设计方法。 4.掌握同相滞回电压比较器的仿真方法。 2.总体设计方案或技术路线 1.应用背景 电压比较器是集成运算放大器非线性应用电路，它是对输入信号鉴幅和比较的电路， 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乏的应用。 所以本次试验以研究同相滞回电压比较器为基础来了解电压比较器的特性和功能。 2.同相滞回电压比较器 滞回比较器有两个阈值电压，输入电压ui从小变大过程中使输出电压uo产生跃变 的阈值电压，不等于从大变小过程中是输出电压产生跃变的阈值电压，电 路具有回滞特性。 同相滞回电压比较器的电路如图1所示，根据电压传输特性可知，输入电压作用于 同相输入端，uo=。求解阈值的电压表达式为
3.实验电路图 图中为100 KΩ，为10 KΩ，为5.1 KΩ4.仪器设备名称、型号 1.示波器 1台 2.直流稳压电源 1台 3.低频信号发生器 1台 4.交流毫伏表 1台 5.万用表 1块 6.模电实验箱 1台5.理论分析或仿真分析结果 理论的传输特性曲线为
6.详细实验步骤及实验结果数据记录 一.基础实验 运放选择LM324芯片，按图1正确连接好电路，并进行如下操作： 1.接可调直流电源，调输入电压测出由时的临界值。并记录到表格1中 2. 接可调直流电源，调输入电压测出由时的临界值。并记录到表格1中。 并且根据以上结果绘制出传输特性曲线： 3.输入幅值、频率f=500的正弦波，观察波形并记录如下。 表格1