一． 实验目的
1．了解电压比较器的工作原理。
2．安装和测试四种典型的比较器电路：过零比较器、电平检测器、滞回比较器和窗口比较器。 二． 预习要求
1． 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。
2． 预习使用示波器测量信号波形和电压传输特性的方法。 三．实验原理
电压比较器的基本功能是能对两个输入电压的大小进行比较，判断出其中那一个比较大。 吴寿山
比较的结果用输出电压的高和低来表示。电压比较器可以采用专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时，必须增添附加电路，对它的输出电压采取箝位措施，使它的高低输出电平，满足数字电路逻辑电平的要求。 下面讨论几种常见的比较器电路。
基本过零比较器（零电平比较器）
过零比较器主要用来将输入信号与零电位进行比较， +15V
以决定输出电压的极性。电路如图1所示： ui 2 7
放大器接成开环形式，信号ui从反向端输入，同 µA741 6 uo
相端接地。当输入信号ui< 0时，输出电压uo为正极限 3 4
值UOM ；由于理想运放的电压增益Au →∞，故当输 15V
入信号由小到大，达到 ui = 0 时，即 u = u + 的时刻，
输出电压 uo 由正极限值 UOM 翻转到负极限值 UOM。 图 1 反向输入过零比较器
当ui > 0时输出uo为负极限值 UOM 。因此，输出翻转的临界条件是u + = u = 0。
即： +UOM ui < 0
uo = （1）
UOM ui > 0
其传输特性如图2（a）所示。所以通过该电路输出的电压值，就可以鉴别输入信号电压ui是大于零还是小于零，即可用做信号电压过零的检测器。
uo uo
+UOM +UOM
0 ui 0 ui
-UOM -UOM
(a）理想运放（增益A→∞） （b）实际运放（增益A≠∞）
图2 基本过零比较器的传输特性
对于实际运算放大器，由于其增益不是无 ui
限大，输入失调电压UOS不等于零，因此，输
出状态的转换不是突然的，其传输特性如图2 0 t
（b）所示，存在线性区。
由以上工作原理可知，比较器中运放的反 uo
向输入端和同相输入端的电压不一定相等。 +UOM
假设输入信号ui为正弦波，在ui过零时，
比较器的输出就跳变一次，因此，uo为正、负 0 t
相间的方波电压，如图 3 所示。
为了使输出电压有确定的数值并改善大信 UOM
号时的传输特性，经常在比较器的输出端接上 图3 比较器的输入与输出波形
限幅器。如图4(a)所示。图中：R=1k， DZ1、DZ2采用5229，UZ1 = UZ2 = 4.3V。
+15V uo
ui 2 7 +UZ
µA741 6 uo
3 4 R
15V DZ1宽带接入服务器 0 ui
DZ2
UZ
(a) 接上限幅器的比较器 （b）电压传输特性
图4
在图4（b）中：UZ = UZ2 + UD1，UZ = UZ2 + UD1 。
此时：
+UZ ui < 0
uo = （2）
UZ ui > 0
3． 任意电平比较器
1） 差动型任意电平比较器
电路如图5（a）所示，输入信号ui加到反向 +15V
输入端，在同相输入端加一个参考电压UREF，当 ui 2 7
输入电压ui小于参考电压UREF时，输出为+UOM， µA741 6 uo
当输入电压ui大于参考电压UREF时，输出为UOM。 UREF 3 4
该电路的传输特性如图5（b）所示。 15V
即： （a）电路
+UOM ui加工助剂acr < UREF
uo = （3） uo
UOM ui > UREF +UOM
与零电平比较器一样，可以根据比较器输出
电压的极性来判断输入信号是大于UREF，还是小 UREF
于UREF。对于差动型任意电平比较器来说，其比 0 ui
较电平UC就等于基准电压UREF。
2）求和型任意电平比较器 UOM
电路如图6（a）所示，这种电路可以判定
输入信号是否达到或超过某个基准电平。在图6 （b）电压传输特性
（a）电路中，输入信号ui和基准信号UREF通过 图5 反向输入差动型任意电平比较器
电阻R甲基丙烯酸烯丙酯1和R2作用在运放的反向输入端。用戴维南定理将它们转化成等效电压源：
和内阻： R′=R1 // R2 , 其等效电路如图6（b）所示。
uo
链式运输机 ui R1 +15V +15V +UOM
UREF R2 2 7 u蜂巢发动机i R 2 7
µA741 6 uo µA741 6 uo Uc
3 4 3 4 0 ui
15V 15V
UOM
（a）电路图 （b） 等效电路 （c）电压传输特性
图6（其中R1、R2分别取2k）
由于u+ = 0，根据输出翻转的临界条件u+ = u = 0，故由ui = 0，可求得比较电平：
(4)
因此，比较器的输出电压为：
