电子技术实验报告实验10集成运算放大器构成的电压比较器.docx
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电子技术实验报告实验10集成运算放大器构成的电压比较器
电子技术实验报告
实验名称:
集成运算放大器构成的电压比较器
系别:
班号:
实验者姓名:
学号:
实验日期:
实验报告完成日期:
一、实验目的
1.掌握电压比较器的模型及工作原理
2.掌握电压比较器的应用
二、实验原理
电压比较器主要用于信号幅度检测——鉴幅器;根据输入信号幅度决定输出信号为高电平或低电平;或波形变换;将缓慢变化的输入信号转换为边沿陡峭的矩形波信号。
常用的电压比较器为:
单限电压比较器;施密特电压比较器窗口电压比较器;台阶电压比较器。
下面以集成运放为例,说明构成各种电压比较器的原理。
1.集成运算放大器构成的单限电压比较器
集成运算放大器构成的单限电压比较器电路如图1(a)所示。
由于理想集成运放在开环应用时,AV→∞、Ri→∞、Ro→0;则当Vi
同理,将Vi与ER对调连接,则电路为同相单限电压比较器。
2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器
集成运算放大器构成的施密特电压比较器电路如图2(a)所示。
当VO=VOH时,;VT+称为上触发电平;
当VO=VOL时,;VT-称为下触发电平;
回差电平:
当Vi从足够低往上升,若Vi>VT+时,则Vo由VOH翻转为VOL;
当Vi从足够高往下降,若Vi 由于VT+、VT-不相等,故称为双限电压比较器,而其电压传输特性曲线具有迟滞回线形状,又称迟滞比较器;由于输入足够低时,输出为高;输入足够高时,输出为低;故称为反相施密特电压比较器;通过改变ER值,即可改变上、下触发电平VT+、VT-;同理,将Vi与ER对调连接,则电路为同相施密特电压比较器。 三、实验仪器 1. 示波器1台 2. 函数信号发生器1台 3. 数字万用表1台 4. 多功能电路实验箱1台 四、实验内容 1. 单限电压比较器 (1) 按图1(a)搭接电路,其中R1=R2=10kΩ,ER由实验箱提供; (2) 观察图1(a)电路的电压传输特性曲线; 电压传输特性曲线的测量方法: 用缓慢变化信号(正弦、三角)作Vi(Vip-p=15V、f=200Hz),将Vi=接示波器X(CH1)输入,VO接示波器Y(CH2)输入,令示波器工作在外扫描方式(X-Y);观察电压传输特性曲线。 ①实验观察到的波形图: ②(X-Y): ③仿真观察到的波形图: 可以看到波形中间出现了失真,推测是输入电压过大,超过了电路的允许范围,将Vip-p改为12V后,波形正常。 (3)用直流电压表测量参考电压ER值,调节RW,观察特性曲线的转换电平VT随ER的变化情况;当VT=1V时,记下ER的值,定量记录电压传输特性曲线; 当VT=1.00000V时,ER=1.1506V; (4)当VT=1V时,令示波器工作在内扫描方式(V~t),同时观察并画出Vi、VO波形;根据电路工作原理,用示波器测量Vi的转换电平VT值;改变RW,观察ER减小时,VO正脉宽tu+的变化情况;当ER=0时,观察VO波形,说明为什么当Vi直流成分为0时,VO为对称方波? ①实验观察到的波形图: ②画出的波形: 当ER减小时,正脉冲的宽度逐渐变小。 当ER=0时,VT=0,此时Vi>VT和Vi 2. 施密特电压比较器 (1) 按图2(a)搭接电路,其中R1=R3=10kΩ,R2为10kΩ电位器,ER由实验箱提供; (2) 用电压传输特性曲线测量方法观察图2(a)电路的电压传输特性曲线; ①实验观察到的波形图: ②仿真观察到的波形图(vip-p=13V): (3) 调节R2电位器,观察ΔVT变化情况;当ΔVT=4V,调节RW,用直流电压表测量ER的值,当ER=2V,定量记录电压传输特性曲线; ΔVT=4.02500V,ER=2.002V (4) 调节RW,观察电压传输特性曲线的变化情况,当ER=0V时,测量VT-、VT+的值; 当ER=0.002V时,VT+=1.99500V,VT-=-2.06500V (5) 令示波器工作在内扫描方式,同时观察并画出Vi、VO波形;根据电路工作原理,用示波器测量Vi的转换电平VT-、VT+的值;改变RW,观察ER减小时,Vo的正脉宽的变化情况。 ①实验观察到的波形: ②画出的波形: ER减小时,Vo的正脉宽变小。 五、实验小结与疑问 实验小结: 1.在做运放实验时,接线需要小心谨慎,特别是对于偏置电压的接入,一定要判断清楚恒压源的正负极才能接入。 否则一旦出现线路接错,很容易就会烧掉运放。 2.对于集成运放基本运算电路实验,在做实验前先进行软件仿真了解其基本特性是一个很好的方法。 这样能够使得自己在自己动手做实验对于实验结果有一定的预期,不但可以提高做实验的效率,而且也是减小实验失误的有效方法之一。 3.实验前应检验电路元器件,包括是否损坏,以及标称值与实际值的差异。 我们不能轻易相信电阻的色环等标称值,有些元器件由于长时间放置,老化,或者本身就具有较大的误差,标称值与实际值有很大的差别,元器件的实际值在实验前均需重新测定,否则直接做实验很容易出现较大误差甚至错误,而且不利于实验矫正。 4.施密特电压比较器的特点 (1)有两个阈值电压,运放工作非线性 (2)迟滞比较器抗干扰能力强 疑问: 做仿真时,当输入电压峰峰值调到15V时,波形就会不正确,而真正做实验时,又没有这个问题,为什么呢?
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