东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称：
第 6 次实验
实验名称： 比较器电路 院 （系）： 专 业： 姓 名：学 号： 实 验 室: 同组人员： 实验时间： 10 年 5 月13日 评定成绩： 审阅教师：
实验六 比较器电路
一、实验目的
1、 熟悉常用的单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器的基本工作原理、电路特性和主要使用场合；
2、 掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数的计
算方法，研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响； 3、 了解集成电压比较器LM311的使用方法，及其与由运放构成的比较器的差别； 4、 进一步熟悉传输特性曲线的测量方法和技巧。
二、实验原理
三、预习思考
1、 用运算放大器LM741设计一个单门限比较器，将正弦波变换成方波，运放采用双电源
供电，电源电压为±12V，要求方波前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的1/10，请根据LM741数据手册提供的参数，计算输入正弦波的最高频率可为多少。 答：
查询LM74的数据手册，可得转换速率为0.5V/us,电源电压为 10V 左右，计算可得输出方波的最大上升时间为40us, 根据设计要求， 方波前后沿的上升下降时间不大于半个周期的1/10,计算可得信号的最大周期为800us, 即输入正弦波得到最高频率为1.25KHZ.
2、 画出迟滞比较器的输入输出波形示意图，并在图上解释怎样才能在示波器上正确读出上
限阈值电平和下限阈值电平。 答：
Ch1接输入信号，ch2接输出信号，两通道接地，分别调整将两个通道的零基准线，使其重合。用示波器的游标功能，通道选择ch1, 功能选择电压，测出交点位置处电压即对应上限和下限阈值。
4、 完成必做实验和选做实验的电路设计和理论计算。
答：1）LM741构成单门限电压比较器：
2）LM311构成单门限电压比较器：
实际—端只需接地即可，引脚和741有所区别。
3）迟滞电压比较器： 电路见实验内容部分
四、实验内容
1、 单门限电压比较器：
用LM741构成一个单门限电压比较器，基准电平为0V ，要求输出高低电平为±6V，供电电压为±12V，输入频率为１KH Z 的正弦波，用示波器观察输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录（提示：可以使用稳压管）。
1）基准电平0V 时单门限比较器输入、输出信号波形图(f )
3）结果分析：
实验时得到的电压传输特性有一个小的滞回，体现在输入输出波形上就是有上升时间和下降时间，是因为741内部并非理想电路，其受转换速率的影响。
输出信号的幅度并非准确的 6V ，这是因为稳压管有一定的正向导通压降，实际的稳压值应为6+0.7~6.7V
(I) 输入信号改为100H Z 的正弦波，用示波器的X-Y 显示方式测试比较器的传输特性，
改变基准电压为±1V，观察传输特性曲线的变化，并用坐标纸定量记录显示的曲线
。
注：开始输入电压幅度为2V, 但测传输特性曲线时, 当改变基准电压为±1V，反转区会消失，是因为所取电压区间过小，故增大输入电压幅度使其为5V.
画于同一坐标平面内如下：
同图中可看出，每条传输特性曲线都有一个回差电压。
(II) 将输入信号改为５KH Z 的正弦波，重复(I)的内容，将测得结果与(I)进行分析比较。 1）基准电平0V 时单门限比较器输入、输出信号波形图(f =
)
2）基准电平0V 时单门限比较器传输特性曲线(f
)
注：在做LM311时烧坏了稳压管中的一只，后来该做这个时没有发现，故传输特性曲线上部分不对。
4结果分析：
随着频率越来越高，回差变大，传输特性曲线开始倾斜，是受转换速率的影响。
(III) 将LM741改为LM311，重复（III ），将测得结果与（III ）进行分析比较。
1）基准电平0V 时LM311单门限比较器输入、输出信号波形图(f =
2）基准电平0V 时LM311单门限比较器传输特性曲线(f
4结果分析：
LM311是专用的电压比较器，其内部有一定的补偿电路，可消除回差的影响，同时提高转换速率，体现在上升时间和下降时间比741大大减小。
2、 迟滞比较器：
(I) 用LM741设计一个迟滞电压比较器，当输入电压高于7V 时输出为-6V ，输入电压低
于3V 时输出为6V ，运放供电电压为±12V。
1） 设计原理图
2） 设计过程
电路选择反相迟滞比较电路已知：V UT =7V , V LT =3V , ±V CC =±12V
n n +1n n +1
1n +11n +1
V U T =V R V LT =V R
+V O M -V O M
=7V =3V
理论上V O M =±10V , 但由前面实验内容一知输出高低电平为±6V 时，实际稳压在
±7V 左右，所以应取V O M =±7V ，实际在调时，其实不用调VR 两端电压，因为电
路发生变化，算的的值所对应的不一定是翻转点，而可以调节两电位器观察传输特性上两个翻转点，调节到所要求的3V,7V 即可。
(II) 分别输入1KH Z 和10KH Z 的正弦波，用示波器观测输入、输出信号波形，并用坐标纸
定量记录显示的信号波形，比较并分析它们的结果。
注：实际调节时，发现当输入信号频率≤7H Z 时，输出波形还近似是方波，继续增大
信号频率，发现输出波形出现失真，传输特性曲线也由两近乎平行的线而逐渐接近相交，故此时测量输出信号的值无意义。
4）输入、输出信号波形图（f=1KHZ ）
5）输入、输出信号波形图（f=10KHZ ）
(III) 输入信号改为100H Z 的正弦波，用示波器的X-Y 显示方式测试比较器的传输特性，
并用坐标纸定量记录显示的曲线。
6）迟滞比较器传输特性曲线图
注：翻转电压忘记调节到3V,7V
7）实验结果分析：
简单的门限比较器在两个输入端之间的电压超过门限电压时，输出状态将发生改变，由于实际输入时电压不稳定，选择迟滞比较器，选择合适的回差电压，可以减少干扰，提高电路的稳定性。
五、思考题
1. 试推导具有滞回特性的的同相输入电平检测器的V UT 、V LT 、V CTR 和V H 的公式。 答： 上限阈值电压V U T =V O M n
n -V R m - 下限阈值电压V L T =-V O M V R 回差电压V H =V U T -V LT =中心电压V ctr =V U T +V L T 2m 2V O M n V R
m =-
2. 在本次实验电路中，驱动晶体三极管Q 的基极电阻R b 阻值应如何确定? 图中继电器线圈
旁并联的二极管D 2起什么作用?
答：R b 的阻值由驱动三极管的驱动电流及第一级运放741的输出电压来确定。
图中继电器线圈旁并联的二极管D 2 起到了对继电器保护的作用
东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称：
第 6 次实验
实验名称： 比较器电路 院 （系）： 专 业： 姓 名：学 号： 实 验 室: 同组人员： 实验时间： 10 年 5 月13日 评定成绩： 审阅教师：
实验六 比较器电路
一、实验目的
1、 熟悉常用的单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器的基本工作原理、电路特性和主要使用场合；
2、 掌握利用运算放大器构成单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器电路各元件参数的计
算方法，研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响； 3、 了解集成电压比较器LM311的使用方法，及其与由运放构成的比较器的差别； 4、 进一步熟悉传输特性曲线的测量方法和技巧。
二、实验原理
三、预习思考
1、 用运算放大器LM741设计一个单门限比较器，将正弦波变换成方波，运放采用双电源
供电，电源电压为±12V，要求方波前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的1/10，请根据LM741数据手册提供的参数，计算输入正弦波的最高频率可为多少。 答：
查询LM74的数据手册，可得转换速率为0.5V/us,电源电压为 10V 左右，计算可得输出方波的最大上升时间为40us, 根据设计要求， 方波前后沿的上升下降时间不大于半个周期的1/10,计算可得信号的最大周期为800us, 即输入正弦波得到最高频率为1.25KHZ.
2、 画出迟滞比较器的输入输出波形示意图，并在图上解释怎样才能在示波器上正确读出上
限阈值电平和下限阈值电平。 答：
Ch1接输入信号，ch2接输出信号，两通道接地，分别调整将两个通道的零基准线，使其重合。用示波器的游标功能，通道选择ch1, 功能选择电压，测出交点位置处电压即对应上限和下限阈值。
4、 完成必做实验和选做实验的电路设计和理论计算。
答：1）LM741构成单门限电压比较器：
2）LM311构成单门限电压比较器：
实际—端只需接地即可，引脚和741有所区别。
3）迟滞电压比较器： 电路见实验内容部分
四、实验内容
1、 单门限电压比较器：
用LM741构成一个单门限电压比较器，基准电平为0V ，要求输出高低电平为±6V，供电电压为±12V，输入频率为１KH Z 的正弦波，用示波器观察输入、输出信号波形，并用坐标纸定量记录（提示：可以使用稳压管）。
1）基准电平0V 时单门限比较器输入、输出信号波形图(f )
3）结果分析：
实验时得到的电压传输特性有一个小的滞回，体现在输入输出波形上就是有上升时间和下降时间，是因为741内部并非理想电路，其受转换速率的影响。
输出信号的幅度并非准确的 6V ，这是因为稳压管有一定的正向导通压降，实际的稳压值应为6+0.7~6.7V
(I) 输入信号改为100H Z 的正弦波，用示波器的X-Y 显示方式测试比较器的传输特性，
改变基准电压为±1V，观察传输特性曲线的变化，并用坐标纸定量记录显示的曲线
。
注：开始输入电压幅度为2V, 但测传输特性曲线时, 当改变基准电压为±1V，反转区会消失，是因为所取电压区间过小，故增大输入电压幅度使其为5V.
画于同一坐标平面内如下：
同图中可看出，每条传输特性曲线都有一个回差电压。
(II) 将输入信号改为５KH Z 的正弦波，重复(I)的内容，将测得结果与(I)进行分析比较。 1）基准电平0V 时单门限比较器输入、输出信号波形图(f =
)
2）基准电平0V 时单门限比较器传输特性曲线(f
)
注：在做LM311时烧坏了稳压管中的一只，后来该做这个时没有发现，故传输特性曲线上部分不对。
4结果分析：
随着频率越来越高，回差变大，传输特性曲线开始倾斜，是受转换速率的影响。
(III) 将LM741改为LM311，重复（III ），将测得结果与（III ）进行分析比较。
1）基准电平0V 时LM311单门限比较器输入、输出信号波形图(f =
2）基准电平0V 时LM311单门限比较器传输特性曲线(f
4结果分析：
LM311是专用的电压比较器，其内部有一定的补偿电路，可消除回差的影响，同时提高转换速率，体现在上升时间和下降时间比741大大减小。
2、 迟滞比较器：
(I) 用LM741设计一个迟滞电压比较器，当输入电压高于7V 时输出为-6V ，输入电压低
于3V 时输出为6V ，运放供电电压为±12V。
1） 设计原理图
2） 设计过程
电路选择反相迟滞比较电路已知：V UT =7V , V LT =3V , ±V CC =±12V
n n +1n n +1
1n +11n +1
V U T =V R V LT =V R
+V O M -V O M
=7V =3V
理论上V O M =±10V , 但由前面实验内容一知输出高低电平为±6V 时，实际稳压在
±7V 左右，所以应取V O M =±7V ，实际在调时，其实不用调VR 两端电压，因为电
路发生变化，算的的值所对应的不一定是翻转点，而可以调节两电位器观察传输特性上两个翻转点，调节到所要求的3V,7V 即可。
(II) 分别输入1KH Z 和10KH Z 的正弦波，用示波器观测输入、输出信号波形，并用坐标纸
定量记录显示的信号波形，比较并分析它们的结果。
注：实际调节时，发现当输入信号频率≤7H Z 时，输出波形还近似是方波，继续增大
信号频率，发现输出波形出现失真，传输特性曲线也由两近乎平行的线而逐渐接近相交，故此时测量输出信号的值无意义。
4）输入、输出信号波形图（f=1KHZ ）
5）输入、输出信号波形图（f=10KHZ ）
(III) 输入信号改为100H Z 的正弦波，用示波器的X-Y 显示方式测试比较器的传输特性，
并用坐标纸定量记录显示的曲线。
6）迟滞比较器传输特性曲线图
注：翻转电压忘记调节到3V,7V
7）实验结果分析：
简单的门限比较器在两个输入端之间的电压超过门限电压时，输出状态将发生改变，由于实际输入时电压不稳定，选择迟滞比较器，选择合适的回差电压，可以减少干扰，提高电路的稳定性。
五、思考题
1. 试推导具有滞回特性的的同相输入电平检测器的V UT 、V LT 、V CTR 和V H 的公式。 答： 上限阈值电压V U T =V O M n
n -V R m - 下限阈值电压V L T =-V O M V R 回差电压V H =V U T -V LT =中心电压V ctr =V U T +V L T 2m 2V O M n V R
m =-
2. 在本次实验电路中，驱动晶体三极管Q 的基极电阻R b 阻值应如何确定? 图中继电器线圈
旁并联的二极管D 2起什么作用?
答：R b 的阻值由驱动三极管的驱动电流及第一级运放741的输出电压来确定。
图中继电器线圈旁并联的二极管D 2 起到了对继电器保护的作用