实
验
报
告
实验名称：实验十集成运算放大器构成的电压比较器系别：班号：实验组别：实验者姓名：
学号：
实验日期：
实验报告完成日期：
指导教师意见：
目录
二、实验原理 (3)
三、实验仪器 (5)
四、实验内容及数据 (5)
1. 单限电压比较器 (5)
2. 施密特电压比较器 (7)
五、实验总结 (9)
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。
图1(b)为其电压传输曲线。
由于理想集成运放在开环应用时，A V→∞、R i→∞、R o→0；则当V i<E R时，V O=V OH；反之，当V i>E R时，V O=V OL；由于输出与输入反相，故称之为反相单限电压比较器；通过改变E R值，即可改变转换电平V T（V T≈E R）；当E R=0时，电路称为“过零比较器”。
同理，将V i与E R对调连接，则电路为同相单限电压比较器。
图1(c)为反相单限电压比较器的应用——波形变换应用。
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。
图2(b)为其电压传输特性曲线。
当V O =V OH 时，++
+++=
=+T R OH T V E R R R V R R R V V ；323322
1称为上触发电平； 当V O =V OL 时，--+++=
=+T R OL T V E R R R V R R R V V ；3
23322
2称为下触发电平； 回差电平：-
+
-=∆T T T V V V
当V i 从足够低往上升，若V i >V T+时，则V o 由V OH 翻转为V OL ； 当V i 从足够高往下降，若V i <V T-时，则V o 由V OL 翻转为V OH ； 由于V T+、V T-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状，又称为迟滞比较器；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E R 值，即可改变上、下触发电平V T+、V T-；同理，将V i 与E R 对
调连接，则电路为同乡施密特电压比较器。
图2(c)为反相施密特电压比较器的应用——波形变换应用。
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、实验内容及数据
1.单限电压比较器：
（1）按图1(a)搭接电路，其中R1=R2=10kΩ，E R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V i(V ip-p=15V、f=200Hz)，将V i接示波器X输入，V O接示波器Y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。
（3）用直流电压表测量参考电压E R值，调节E R，观察特性曲线的转换电平V T随E R的变化情况；当V T=1V，记下E R的值，定量记录电压传输特性曲线；
E R增大，V T增大，曲线向右移动。
E R减小，V T减小，曲线向左移动。
V T = 1V时，E R = 1.070V
V OH = 10.0250V，V OL = -12.2500V
（4）当V T=1V，令示波器工作在内扫描方式，同时观察并画出V i、V o波形；根据电路工作原理，用示波器测量V i的转换电平V T值；改变R W，观察E R减小时，V o正脉宽tu+的变化情况；当E R=0时，观察V o波形说明为什么当V i直流成分为0时，V o为对称波形？
输入输出波形图：
VOH
VT
VOL
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<VT的波形是对称的，所以此时VO为对称方波。
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，E R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；
（3）调节R2电位器，观察ΔV T变化情况；当ΔV T=4V，调节R W，用直流电压表测量E R的值，当E R=1V，定量记录电压传输特性曲线；
ΔVT=4V，ER=1V时，电压传输特性曲线如图所示。
VT+=3.59625V，VT-=-427.50mV
VOH = 11.2500V
VOL = -10.6250V
（4）调节R W，观察电压传输特性曲线的变化情况，当E R=0V时，测量V T-、V T+的值；
RW增大时，VT+和VT-同时增大，曲线向右移动。
RW减小时，VT+和VT-同时减小，曲线向左移动。
E R = 0V时，VT+=2.00750V，VT-=-2.05500V。
（5）令示波器工作在内扫描方式(V-t)，同时观察并画出V i、V o 波形；根据电路工作原理，用示波器测量V i的转换电平V T-、V T+的值；改变R W,观察E R减小时，V o的正脉宽tu+的变化情况。
输入输出波形图：
Vi、Vo波形如图所示。
用示波器测得VT+=2.12500V，VT-=-2.43750V；ER减小时，正脉宽tu+变小。
五、实验总结
1、通过本次实验掌握了电压比较器的测量方法。
2、了解了示波器外扫描、内扫描的区别，掌握观察电路电压传输特性的方法。
3、实验中使用示波器观察输入输出波形时要注意表笔是否有衰减。
4、运算放大器管脚不要弄错，要一直加着工作电源。
5、定量观察波形示波器选择DC耦合方式。