实验十电压比较器的应用三极管(HFE)参数分选器的设计

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1、 实 验 十 电 压 比 较 器 的 应 用 三 极 管 （ HFE） 参 数 分 选 器 的 设 计 成 都 信 息 工 程 学 院 电 子 基 础 教 学 实 验 中 心 一 、 实 验 目 的1 了 解 电 压 比 较 器 的 工 作 原 理 。2 安 装 和 测 试 三 种 典 型 的 比 较 器 电 路 ： 过零 比 较 器 、 迟 滞 比 较 器 和 窗 口 比 较 器 。3.学 习 集 成 比 较 器 的 应 用 利 用 集 成 比 较 器 设 计 一 个 晶 体 三 极 管 直流 放 大 倍 数 筛 选 器 。 二 、 实 验 原 理 电 压 比 较 器 是 集 成 运 放 非

2、 线 性 应 用 电 路 ， 它 将 一 个 模 拟 量 电 压 信号 和 一 个 参 考 电 压 相 比 较 ， 在 二 者 幅 度 相 等 的 附 近 ， 输 出 电 压 将产 生 跃 变 ， 相 应 输 出 高 电 平 或 低 电 平 。 比 较 器 可 以 组 成 非 正 弦 波形 变 换 电 路 及 应 用 于 模 拟 与 数 字 信 号 转 换 等 领 域 。图 10 1所 示 为 一 最 简 单 的 电 压 比 较 器 ， UR为 参 考 电 压 ， 加 在 运 放的 同 相 输 入 端 ， 输 入 电 压 ui加 在 反 相 输 入 端 。 (a)电 路 图 (b)传 输 特

3、性 图 10 1 电 压 比 较 器 当 ui UR时 ， 运 放 输 出 高 电 平 ， 即 uo UZ 当 ui UR时 ， 运 放 输 出 低 电 平 ， 即 uo UD 因 此 ， 以 UR为 界 ， 当 输 入 电 压 ui变 化 时 ， 输 出 端 反 映 出 两 种 状 态 。高 电 位 和 低 电 位 。 常 用 的 电 压 比 较 器 有 过 零 比 较 器 、 具 有 迟 滞 特 性 的 过 零 比 较 器 、 双 限 比 较 器 （ 又 称 窗 口 比 较 器 ） 等 。1、 过 零 比 较 器电 路 如 图 10 2所 示 为 加 限 幅 电 路 的 过 零 比 较 器

4、 ， DZ为限 幅 稳 压 管 。 信 号 从 运 放 的 反 相 输 入 端 输 入 ， 参 考 电压 为 零 ,从 同 相 端 输 入 。 当 Ui 0时 ， 输 出 UO -(UZ+UD)， 当 Ui 0时 ， Uo +(UZ+UD)。 其 电 压 传输 特 性 如 图 10 2（ b） 所 示 。 过 零 比 较 器 结 构 简 单 ， 灵 敏 度 高 ， 但 抗 干 扰 能 力 差 。 (a) 过 零 比 较 器 (b) 电 压 传 输 特 性 图 10 2 过 零 比 较 器 2、 迟 滞 比 较 器图 10 3为 具 有 迟 滞 特 性 的 过 零 比 较 器如 图 10 3所

5、示 ， 从 输 出 端 引 一 个 电 阻 分 压 正 反 馈 支路 到 同 相 输 入 端 ， 若 uo改 变 状 态 ， 点 也 随 着 改 变 电位 ， 使 过 零 点 离 开 原 来 位 置 。 当 uo为 正 （ 记 作 U+） ， 则 当 ui U后 ， uo即 由 正 变 负（ 记 作 U-） ， 此 时 U变 为 U。 故 只 有 当 ui下 降 到 U以 下 ， 才 能 使 uo再 度 回 升 到 U+， 于 是 出 现 图 10-3(b)中 所 示 的 迟 滞 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 。(

6、a) 电 路 图 (b) 传 输 特 性图 10 3 迟 滞 比 较 器 3、 窗 口 （ 双 限 ） 比 较 器简 单 的 比 较 器 仅 能 鉴 别 输 入 电 压 ui比 参 考 电 压 UR高或 低 的 情 况 ， 窗 口 比 较 电 路 是 由 两 个 简 单 比 较 器组 成 ， 如 图 10 4所 示 ， 它 能 指 示 出 ui值 是 否 处 于和 之 间 。 如 UR- Ui UR+， 窗 口 比 较 器 的 输 出 电压 Uo等 于 运 放 的 正 饱 和 输 出 电 压 (+Uomax)， 如 果Ui UR-或 Ui UR+ ， 则 输 出 电 压 Uo等 于 运 放 的

7、负 饱 和 输 出 电 压 ( Uomax)。 （ a） 电 路 图 （ b） 传 输 特 性 图 10 4 由 两 个 简 单 比 较 器 组 成 的 窗 口 比 较 器 三 、 实 验 内 容1、 过 零 比 较 器实 验 电 路 如 图 10 2所 示(1) 接 通 +12V电 源 。(2) 测 量 ui悬 空 时 的 Uo值 。(3) ui输 入 500Hz、 幅 值 为 2V的 正 弦 信号 ， 观 察 uiuo波 形 并 记 录 。(4) 改 变 ui幅 值 ， 测 量 传 输 特 性 曲 线 。 2、 反 相 迟 滞 比 较 器 图 10 5 反 相 迟 滞 比 较 器(1)实

8、验 电 路 如 图 10 5所 示 ， LM393电 源 电 压 为 12V， ui接 5V可 调 直 流 电 源 ， 测 出 uo由 Uomax Uomax时 ui的 临 界 值 。(2) 同 上 ， 测 出 Uo由 Uomax Uomax时 ui的 临 界 值 。(3) ui接 500Hz， 峰 值 为 2V的 正 弦 信 号 ， 观 察 并 记 录 uiuo波 形 。(4) 将 分 压 支 路 100K电 阻 改 为 47K， 重 复 上 述 实 验 ， 测 定 传输 特 性 。 3、 窗 口 比 较 器 应 用 三 极 管 值 分 选 电 路参 照 下 面 参 考 电 路 ， 用 双

9、电 压 比 较 器 LM393设 计 一 个 值 分 选 电 路 ， 要 求 当被 测 三 极 管 的 250， LED不 亮 ， 表 示 不 合 格 ； 当 150 250，LED 亮 ， 表 示 合 格 。 已 知 电 源 电 压 Vcc=12V， 三 极 管 集 电 极 电 阻 R2=2K。R3 1k R1 * R2 2k W2 1K W3 10K 被测三极管 LED1 3 2 1 8 4 IC1A 5 6 7 IC1B 12V W1 100K R b Uref1 Uref2 Uc 注：10vUref1Uref2 实 验 步 骤 ：1、 根 据 题 意 要 求 ， 设 计 与 计 算 R

10、b的 阻 值 ，调 节 W1使 Rb回 路 总 阻 值 等 于 设 定 值 并 连接 好 电 路 。2、 根 据 Rb取 值 和 被 测 晶 体 管 值 范 围 计 算出 Uc的 正 常 范 围 ， 按 照 Uc的 变 化 范 围 在万 用 表 帮 助 下 调 节 W2、 W3到 设 定 的 上 限与 下 限 电 压 。3、 测 量 被 测 三 极 管 的 静 态 直 流 电 压 并 记 录 ，判 断 三 极 管 是 否 处 于 放 大 状 态 ， 如 不 是 放大 状 态 则 检 查 电 路 是 否 连 接 有 误 或 Rb取值 设 计 不 当 ， 装 入 一 些 已 知 直 流 值 的 晶

11、体 三 极 管 ， 验 证 电 路 工 作 情 况 。 1、 12V 直 流 电 源2、 函 数 信 号 发 生 器3、 双 踪 示 波 器 4、 数 字 万 用 表5、 交 流 毫 伏 表6、 LM393双 电 压 比 较 器 集 成 电 路7、 电 位 器 8、 发 光 二 极 管9、 电 阻 器 等 四 、 实 验 设 备 与 器 件 五 、 预 习 要 求 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 。 预 习 使 用 示 波 器 测 量 信 号 波 形 和 电 压 传 输 特 性 的方 法 。1、 复 习 教

12、材 有 关 比 较 器 的 内 容2、 画 出 各 类 比 较 器 的 传 输 特 性 曲 线 。3、 若 要 将 图 10-4窗 口 比 较 器 的 电 压 传 输 曲 线 高 、低 电 平 对 调 ， 应 如 何 改 动 比 较 器 电 路 。4、 LM393电 压 比 较 器 输 出 级 是 OC结 构 ， 使 用 中 有什 么 注 意 事 项 ？ 六 、 实 验 报 告 与 实 验 总 结1、 整 理 实 验 数 据 ， 绘 制 各 类 比 较 器 的 传输 特 性 曲 线2、 总 结 几 种 比 较 器 的 特 点 ， 阐 明 它 们 的应 用 。3、 如 果 要 对 PNP晶 体 三 极 管 进 行 直 流 放 大倍 数 筛 选 ， 请 设 计 相 应 的 电 路 图 。 附 ： LM393电 压 比 较 器 参 考 资 料 LM393 内 部 包 括 两 个 独 立 精 密 电 压 比 较 器 。 可 以 单 电源 操 作 ： （ 电 源 范 围 2V 至 36V ） ， LM393 系 列 可 直接 与 TTL 及 CMOS 逻 辑 电 路 接 口 。 单 电 源 时 输 入 比较 电 压 范 围 0vVin Vcc-1.5v ,输 出 端 采 用 OC结 构 ， 详细 资 料 参 照 LM393.PDF。