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1、實驗十 集成運算放大器的基本應用(Ⅲ)
─ 電壓比較器 ─
一、實驗目的
1、 掌握電壓比較器的電路構成及特點
2、 學會測試比較器的方法
二、實驗原理
電壓比較器是集成運放非線性應用電路,它將一個模擬量電壓信號和一個參考電壓相比較,在二者幅度相等的附近,輸出電壓將產(chǎn)生躍變,相應輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應用于模擬與數(shù)字信號轉換等領域。
圖10-1所示為一最簡單的電壓比較器,UR為參考電壓,加在運放的同相輸入端,輸入電壓ui加在反相輸入端。
(a)電路圖 (
2、b)傳輸特性
圖10-1 電壓比較器
當ui<UR時,運放輸出高電平,穩(wěn)壓管Dz反向穩(wěn)壓工作。輸出端電位被其箝位在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ,即 uO=UZ
當ui>UR時,運放輸出低電平,DZ正向導通,輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向壓降UD,即 uo=-UD
因此,以UR為界,當輸入電壓ui變化時,輸出端反映出兩種狀態(tài)。高電位和低電位。
表示輸出電壓與輸入電壓之間關系的特性曲線,稱為傳輸特性。 圖11-1(b)為(a)圖比較器的傳輸特性。
常用的電壓比較器有過零比較器、具有滯回特性的過零比較器、雙限比較器(又稱窗口比較器)等。
1、過零比較
3、器
電路如圖10-2所示為加限幅電路的過零比較器,DZ為限幅穩(wěn)壓管。信號從運放的反相輸入端輸入,參考電壓為零,從同相端輸入。當Ui>0時,輸出UO=-(UZ+UD),當Ui<0時,UO=+(UZ+UD)。其電壓傳輸特性如圖10-2(b)所示。
過零比較器結構簡單,靈敏度高,但抗干擾能力差。
(a) 過零比較器 (b) 電壓傳輸特性
圖10-2 過零比較器
2、滯回比較器
圖10-3為具有滯回特性的過零比較器
過零比較器在實際工作時,如果ui恰好在過零值附近,則由于零點漂移的
存在,uO將不斷由一個極限值
4、轉換到另一個極限值,這在控制系統(tǒng)中,對執(zhí)行機構將是很不利的。為此, 就需要輸出特性具有滯回現(xiàn)象。 如圖10-3所示,從輸出端引一個電阻分壓正反饋支路到同相輸入端,若uo改變狀態(tài),∑點也隨
(a) 電路圖 (b) 傳輸特性
圖10-3 滯回比較器
著改變電位,使過零點離開原來位置。當uo為正(記作U+) ,則當ui>U∑后,uO即由正變負(記作U-),此時U∑變?yōu)椋璘∑。故只有當ui下降到-U∑以下,才能使uO再度回升到U+,于是出現(xiàn)圖10-3(b)中所示的滯回特性。
-U∑與U∑的差別稱為回差。改變
5、R2的數(shù)值可以改變回差的大小。
3、窗口(雙限)比較器
簡單的比較器僅能鑒別輸入電壓ui比參考電壓UR高或低的情況,窗口比較電路是由兩個簡單比較器組成,如圖10-4所示,它能指示出ui值是否處于和之間。如<Ui<,窗口比較器的輸出電壓UO等于運放的正飽和輸出電壓(+Uomax),如果Ui<或Ui>,則輸出電壓U0等于運放的負飽和輸出電壓
(-UOmax)。
(a)電路圖 (b)傳輸特性
圖10-4 由兩個簡單比較器組成的窗口比較器
三、實驗設備與器件
1、 ±12V 直流電源 4、 直流電壓表
6、 2、 函數(shù)信號發(fā)生器 5、 交流毫伏表
3、 雙蹤示波器 6、 運算放大器 μA741×2
7、穩(wěn)壓管 2CW231×1 8、 二極管 4148×2
電阻器等
四、實驗內(nèi)容
1、過零比較器
實驗電路如圖10-2所示
(1) 接通±12V電源。
(2) 測量ui懸空時的UO值。
(3) ui輸入500Hz、幅值為2V的正弦信號,觀察ui→uO波形并記錄。
(4) 改變ui幅值,測量傳輸特性曲線。
圖10-5 反相滯回比較器
2、 反相滯回比較器
實驗電路如圖10-5所示
(1
7、) 按圖接線,ui接+5V可調(diào)直流電源,測出uO由+Uomcx→-Uomcx時ui的臨界值。
(2) 同上,測出uO由-Uomcx→+Uomcx時ui的臨界值。
(3) ui接500Hz,峰值為2V的正弦信號,觀察并記錄 ui→uO波形。
(4) 將分壓支路100K電阻改為200K,重復上述實驗,測定傳輸特性。
3、 同相滯回比較器
實驗線路如圖10-6所示
(1) 參照2,自擬實驗步驟及方法
(2) 將結果與2進行比較
圖10-6 同相滯回比較器
4、 窗口比較器
參照圖10-4自擬實驗步驟和方法測定其傳輸特性。
五、實驗總結
1、 整理實驗數(shù)據(jù),繪制各類比較器的傳輸特性曲線
2、 總結幾種比較器的特點,闡明它們的應用。
六、預習要求
1、 復習教材有關比較器的內(nèi)容
2、 畫出各類比較器的傳輸特性曲線。
3、若要將圖10-4窗口比較器的電壓傳輸曲線高、低電平對調(diào),應如何改動比較器電路。