4.7 电压比较器的具体功能是能够讲输入信号和一个参考电压比较大小，用高低电平表示比较的结果。其工作条件是电路中的集成运放工作于开环即无负反馈参与的电路或正反馈参与的电路的状态，输入与输出之间呈非线性传输特性。以下是以过零和迟滞比较器来进行仿真实验的。
！过零比较器 特点：阈值等于零。所谓阈值电压就是指输出有一个状态跳变到另一状态的临界条件所对应的输入电压值。
建立如下图所示的过零比较器，其中的函数信号发生器用来产生2V/KHZ的正弦波输入函数,运放为非理想的
.
(过零电压比较器)非理想运放
启动仿真，结果如下图所示，每当输入信号过零时，输出发生跳变。
（示波器的仿真结果）
！！考虑到输出电压一般不稳定 所以设计如下图所示的过零比较器来稳定输出电压。
（稳压比较器）
在同相输入端接入一小电阻，其余条件同上。启动仿真得到下图的仿真结果。
（示波器的仿真结果）
鉴于上面两试验得知当运放为理想的时候输出电压最稳定,所以在Multisim8窗口中建立如图所示的过零电压比较器，函数信号发生器用来产生2V/1kHz的正弦波输入信号。
(过零电压比较器) 理想运放
启动仿真，结果如下图所示
.
(理想运放过零比较器)
(过零电压比较器)741运放
启动仿真，仿真结果如图4-58所示，可以看到每当输入信号过零时，输出发生跳变。
(741理想运放)
实验分析：
由上述实验电路图和示波器仿真结果可得到如下结果
!1当运放为非理想运放时示波器显示输出结果不稳定，如果在同向输入端加上一个电阻时有一定的稳压效果但效果并不理想；
!2当运放为理想运放时示波器显示输出结果较稳定，换成741运放时输出也比较稳定。
！！！下面设计的是阈值不等于零的电压比较器
即在过零电压比较器的基础上在运放正相输入端加上一定电压后电路变为非过零电压比较器。
(接入一个１Ｖ的直流电压源，其余条件相同).
（非过零比较器）
启动仿真,
非过零比较器的仿真结果如图所示
(非过零电压比较器示波器仿真结果)
由图分析可知输入、输出交点电压即为运放正相输入端所加电压值。
！！！！迟滞比较器
特点：拥有两个阈值，当输入逐渐增大或减小时，阈值电压不相同，抗干扰能力比较强，在Multisim8窗口中建立如图4-59所示的反相迟滞比较器，函数信号发生器用来产生5V/500Hz的正弦波输入信号。
（反向迟滞比较器）
启动仿真，结果由下图所示，可以读出，当输入信号由小到大，上升到最高点时，输出高电平跳变为低电平；当输入信号由大到小时，下降到最低点，输出由低到高。最高点和最低点的值是不同的，分别叫做上线阈值电压和下线阈值电压。
(R3为50%)
(R3为90%)
(电压传输特性曲线)
第二篇：实验二 电压比较器实验
实验二 电压比较器实验
一、实验目的
1．掌握电压比较器的电路构成及特点。
2．理解电压比较器的输出与输入信号之间的关系。
3．加深理解电压比较器电路的传输特性。 电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压比二、实验原理 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。比较器可以组成非线性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4-1所示为一简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电
图4-1 图4-2
当Ui < UR时，运放输出高电平，稳压管DZ反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳当Ui >UR时，运放输出低电平，稳压管DZ正向导通。输出端电压等于稳压管的正向压因此，以UR为临界点，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态（高电平和低电表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图4-2为图4-1比较器常用的电压比较器有过零比较器、滞回比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。 1．过零比较器 电路如图4-3所示为过零比较器，信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零，从同压管的稳定电压UZ，即UO=UZ。 降UD，即-UO=-UD。 平） 的传输特性。 压Ui加在反相输入端。 相输入端输入。当Ui>0时，输出Uo=-U，当Ui<0时，Uo=+U。其电压传输特性如图4-4所示。
过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。
图4-3 过零比较器 图4-4 传输特性曲线
2．滞回比较器
图4-5为具有滞回特性的过零比较器
过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零点附近，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4-5所示，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，U+端电位也随着改变，使临界点离开原来位置，于是出现如图4-6所示
的滞回特性曲线。滞回比较器的两个门限电压分别为UTH1，UTH2。且UTH1?UTH2?R3UR?R2UZ，U为U经稳压管D的稳压电压。 Z0ZR2?R3R3UR?R2UZ，R2?R3
图4-5 滞回比较器 图4-6 传输特性曲线
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高和低的情况。窗口比较电路是由两个简单比较器组成，如图4-7所示，它能指示Ui值是否处URH和URL之间。如果URL<Ui<URH，窗口比较器的输出电压UO为低电平UOL；如果URL< Ui或Ui>URH，则输出电压Uo为高电平UOH。其传输特性如图4-8所示。
图4-7 窗口（双限）比较器 图4-8 传输特性曲线
三、实验设备
1．测控电路（一）实验挂箱
2．函数信号发生器
3．虚拟示波器
4．万用表
四、实验内容及步骤
1．过零比较器
电路如图4-9所示
（1）在“测控电路〈一〉”实验挂箱上找到本实验单元，接入±15V直流电源。
（2）测量Ui悬空时的UO值。
（3）调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，
用示波器观测Ui与UO波形并记录。
（4）改变Ui幅值，测量传输特性曲线。
图4-9 过零比较器 图4-10 反相滞回比较器
2．反相滞回比较器
电路如图4-10所示
（1）在“测控电路〈一〉”实验挂箱上找到本实验单元，接入±15V直流电源，输入端Ui端接可调直流电源，UR端接地，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）调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与Uo波形并记录。
3．窗口比较器
电路如图4-11所示
（1）在“测控电路〈一〉”实验挂箱上找到本实验单元，接入±15V直流电源。
（2）在URH端接入+5V直流电压，URL端接地，调节信号发生器，使之输出频率为500Hz、幅值为2V的正弦波信号，接入输入端Ui，用示波器观测Ui与Uo波形并记录。
图4-11 窗口比较器
五、实验注意事项
实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反，否则就会烧坏实验箱上的集成芯片。 分析以上电压比较器的工作原理，比较它们工作电路之间的异同点。 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，阐明他们的应用。 六、思考题 七、实验报告要求