易派 EPI – EWB204+ v2.0 实验平台

如图1所示为过零比较器的搭建电路，使用的比较器为LM393P，其引脚图和电路原理图如图2所示。输入信号由S1提供，通过一个1kΩ的电阻接到了LM393N的负输入端（2号引脚），比较器的正输入端直接接地，比较器的电源Vcc与GND（引脚8和4）分别接±12V。LM393的输出是属于集电极开路的形式，输出状态为低电平或高阻态。必须通过一个上拉电阻拉到Vcc处，才能使输出的高阻态变成高电平，这里在+12V的电源处接一个1kΩ的电阻到比较器的输出端（引脚1），最后输出端接了一个1kΩ的电阻到示波器的AIN1通道。电路原理图如图2所示。 图1 过零比较器电路 图2 LM393的引脚图和电路原理图

这里信号源s1输出峰峰值为1V，频率为10Hz的正弦波（周期为100ms）到比较器， 输出波形如图3所示，当输入信号的电压大于0时，比较器输出低电平（经测量大约为-3.51V）；当输入信号的电压小于0时，比较其输出高电平（12.8V）.因为输入信号的变化周期为100ms， 由图可知输出波形的变化周期为100.55ms，接近100ms。 因为比较器输出端存在电容，电容会进行充电和放电需要时间，因此就有频率较高时会有斜坡。 图3 过零比较器的波形图

如图4所示，为非过零比较器的搭建电路，本电路的搭建与上一个电路的搭建基本一致，只不过将负输入端直接接到了s2口，用来提供比较电压。 图4 非过零比较器电路 图5 非过零比较器电路原理图 这里信号源s1输出峰峰值为1V，频率为10Hz的正弦波（周期为100ms）到比较器正输入端，负输入端的比较电压为直流电压300mV。 输出波形如图6所示，当输入信号的电压大于300mV时，比较器输出低电平（经测量大约为-3.75V）；当输入信号的电压小于300mV时，比较其输出高电平（12.89V）.因为输入信号的变化周期为100ms，由图可知输出波形的变化周期为100.55ms，接近100ms。因为正弦波一个周期内大于300mV的时间比小于300mV的时间短，所以输出的波形高电平脉宽较宽。 图6 非过零比较器的波形图

电路的搭建模型如图7所示，原理图如图8所示。输入信号依旧由S1提供，通过一个1kΩ的电阻接到了LM393N的负输入端（2号引脚），比较器的正输入端通过一个10kΩ的电阻直接接地，比较器的电源Vcc与GND（引脚8和4）分别接±12V。在+12V的电源处接一个5.1kΩ的上拉电阻电阻到比较器的输出端（引脚1），输出端接了一个1kΩ的电阻到示波器的AIN1通道。最后为了实现正反馈将比较器的输出端（引脚1）接一个510kΩ的电阻到正输入端（引脚3）。（补充：为了方便解释原理，将S1口的信号接到了示波器的AIN2通道，将比较器的正输入端接到了示波器的通道AIN3） 图7 反相输入、无输入参考电压方式的正反馈迟滞比较器的电路模型 图8 反相输入、无输入参考电压方式的正反馈迟滞比较器电路原理图 这里信号源s1输出峰峰值为1V，频率为100Hz的正弦波（周期为10ms）到比较器正输入端。 图9 实验结果波形图1 在上图中，蓝色的波形是信号源S1发出的正弦波，红色的波形是比较器正输入端的门限电压，黄色的波形是输出信号的波形，有图像可知当输入信号高于门限电压时输出信号为低电平，当输入信号低于门限电压是输出信号为高电平。 图10 实验结果波形 图10的横坐标为输入电压Vi，纵坐标为输出电压Vo，根据虚短和虚断，假设电流在R4流向R5，则 I = ( − U i ) / R 4 = ( U i − U 0 ) / R 5 I=(-Ui)/R4=(Ui-U0)/R5 I=(−Ui)/R4=(Ui−U0)/R5解得 U i = ( R 4 ∗ U 0 ) / ( R 5 + R 4 ) = 10 k / ( 510 k + 10 k ) ∗ U 0 = 0.192 ∗ U 0 Ui=(R4*U0)/(R5+R4)=10k/(510k+10k)*U0=0.192*U0 Ui=(R4∗U0)/(R5+R4)=10k/(510k+10k)∗U0=0.192∗U0 因为输出的电压Vo有两种结果（高电平和低电平），所以Vi有两个比较门限，如上图波形所示，输入Ui由大变小时，对应小的门限电压；输入由小变大时，对应大的门限电压。在两个门限电压之间，输出保持原来的输出。

本电路的搭建与上一个电路基本相同，直接将比较器的负输入端经过1kΩ的电阻接到信号源的S2口用来提供参考的电压，正输入端通过10kΩ的电阻接到信号源的S1口即可，为了能够显示出比较器的负输入端的电压，需要在负输入端（引脚2）接触一条线到示波器的AIN4通道，其余的部分不变。电路的搭建模型和参考图如图11所示。 图11 同相输入、有输入参考电压方式的正反馈迟滞比较器模型图和原理图

这里信号源s1输出峰峰值为1V，频率为100Hz的正弦波（周期为10ms）到比较器正输入端。 在上图中，绿色的波形是比较器负输入端的门限，紫色的波形是比较器正输入端的输入电压，黄色的波形是输出信号的波形，有图像可知当输入信号高于门限电压时输出信号为高电平，当输入信号低于门限电压是输出信号为低电平。 图13 实验结果波形 图13的横坐标为输入电压Vi，纵坐标为输出电压Vo，根据虚短和虚断，假设电流在R4流向R5，则 I = ( U i − U 1 ) / R 4 = ( U i − U 0 ) / R 5 I=(Ui-U1)/R4=(Ui-U0)/R5 I=(Ui−U1)/R4=(Ui−U0)/R5 解得 U i = ( − R 4 ∗ U 0 + U 1 ∗ R 5 ) / ( R 5 − R 4 ) = ( − 10 k ) / ( 510 k − 10 k ) U 0 + ( 0.2 ∗ 510 k ) / ( 510 k − 10 k ) = − 0.02 ∗ U 0 + 0.204 Ui=(-R4*U0+U1*R5)/(R5-R4)=(-10k)/(510k-10k) U0+(0.2*510k)/(510k-10k)=-0.02*U0+0.204 Ui=(−R4∗U0+U1∗R5)/(R5−R4)=(−10k)/(510k−10k)U0+(0.2∗510k)/(510k−10k)=−0.02∗U0+0.204 因为输出的电压Vo有两种结果（高电平和低电平），所以Vi有两个比较门限，如上图波形所示，输入Ui由小变大时，对应大的门限电压；输入由大变小时，对应小的门限电压。在两个门限电压之间，输出保持原来的输出。与上一个实验相比，图像的方向相反而且向右平移了一段，根据公式可知为0.204V