实验十 电压比较器的应用 —三极管 （HFE）参数分选器的设计 电工电子实训中心

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β筛选器。

二、实验原理 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，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。 (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ui→uo波形并记录。 (4) 改变ui幅值，测量传输特性曲线。

(1)实验电路如图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、 反相迟滞比较器 图10－5 反相迟滞比较器 (1)实验电路如图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 ui→uo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，用双电压比较器LM393设计一个 值分选电路，要求当被测三极管的 < 150 或  > 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。

实验步骤： 1、根据题意要求，设计与计算Rb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 值的晶体三极管，验证电路工作情况。

四、实验设备与器件 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

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0v<Vin< Vcc-1.5v ,输出端采用OC结构，详细资料参照LM393.PDF。