窗口比較電路實驗
一、實驗目的
學習運算放大器作窗口式電壓比較器電路的應用
二、實驗內(nèi)容
窗口比較電路實驗
三、實驗儀器
光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實驗儀 一臺
熱釋電傳感器實驗模塊 一塊
雙蹤數(shù)字示波器 一臺
萬用表 一塊
連接導線 若干
四、實驗原理
當傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時，若信號幅度超過窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號；無異常情況時則輸出低電平信號。在該比較器中，兩電阻及可調(diào)電位器W2用做參考電壓，兩個運算放大器用做比較，兩個二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定。窗口比較器的下限參考電壓為1.2V，通過調(diào)節(jié)W2后可使上限參考電壓為1.2V~3.8V。
當調(diào)節(jié)W2到一定值，即可確定窗口比較單元的上限參考電壓，當輸入窗口比較器的信號在上下門限參考電壓之內(nèi)時，窗口比較輸出為低電平，否則輸出高電平。根據(jù)此電路設(shè)計方式，從而判定傳感器探測信號處理后是否在門限范圍內(nèi)。
五、實驗注意事項
1、實驗過程中，嚴禁帶電插拔導線及元器件；
2、嚴禁將任何電源對地短接；
3、嚴格按照指導書要求實驗，如果發(fā)生異常情況，請立即關(guān)機斷電；
4、嚴禁隨意拆卸探測組件結(jié)構(gòu)件，更不能觸摸探測器表面，以免造成性能損壞；
5、熱釋電探測組件結(jié)構(gòu)件遠離熱源、空氣流動等環(huán)境變化較明顯的地方。
六、實驗步驟
窗口比較實驗：
1、將W2可調(diào)電位器順時針旋轉(zhuǎn)至底端。
2、將熱釋電探測組件結(jié)構(gòu)件的紅、黃、黑三色插孔（紅色插孔—D；黃色插孔—S；黑色插孔—G）分別連接至“超低頻信號放大”單元的D（J1）、S（J2）、G（J3），連接J4至“窗口比較”單元的J6。
3、TP1及TP2為窗口比較器的上下門限電壓輸出端，TP3及 TP4為“窗口比較”單元的上、下比較器輸出端。
4、打開電源，按下“電源”開關(guān)K1，用萬用表測試TP1的電壓輸出值，逆時針調(diào)節(jié)W2（門限調(diào)節(jié)），觀察TP2輸出值變化情況，并記錄下來。
5、將W2順時針旋轉(zhuǎn)至底端，用示波器探頭1和探頭2分別測試TP3及TP4處的信號波形，觀察此時TP3輸出為低電平，TP4輸出為高電平。當用手垂直縱向切過透鏡前方時，觀察此時TP1及TP2的波形變化情況，并記錄下來。（注：示波器與實驗儀必須共地，若此時觀察波形變化不靈敏，可將組件前端透鏡取下來，再進行實驗）
6、逆時針調(diào)節(jié)W2，當用手垂直縱向切過探測器前方時，觀察此時TP3及TP4的波形變化情況。多測幾次，觀察波形變化現(xiàn)象，比較異同。
7、實驗完畢后，關(guān)閉電源，按下“電源”開關(guān)K1，拆除導線并放置好，還原實驗儀等相關(guān)設(shè)備。
二次開發(fā)設(shè)計實驗：
1、利用二次開發(fā)實驗模塊自行搭建電路，電路如圖3-1所示：
圖3-1 窗口比較電路
2、自行調(diào)試電路，調(diào)試步驟參考電路原理圖：
1）將W2順時針旋轉(zhuǎn)至底端。
2）將“熱釋電探測組件套筒”的紅、黃、黑三色插孔（紅色插孔—D；黃色插孔—S；黑色插孔—G）分別連接至“超低頻信號放大單元”的J1（D）、J2（S）、J3（G），連接J4至J6。
3）設(shè)計窗口比較器的上限參考電壓為1.2V～3.8V，下限參考電壓為1.2V。逆時針調(diào)節(jié)電位器W2，用萬用表測量TP1及TP2是否為標準值范圍內(nèi)輸出。
4）將W2順時針旋轉(zhuǎn)至底端，用示波器探頭1和探頭2分別測試TP3及TP4處的信號波形，此時TP3輸出為低電平，TP4輸出為高電平。當用手垂直縱向切過透鏡前方時，觀察此時TP1及TP2相對同步變化。若逆時針調(diào)節(jié)W2時，重復之前操作，觀察到TP3及TP4有變化，則說明此單元電路正常。（注：示波器與實驗儀必須共地，若此時觀察波形變化不靈敏，可將組件前端透鏡取下來，再進行實驗）
該處電路的問題：
1）TP1及TP2測量值不符設(shè)計，可能是R14、R15及電位器W2阻值匹配誤差引起。
2）TP3及TP4無相對變化，說明此單元電路焊接可能有誤。
3、調(diào)試完畢后，參考“窗口比較實驗”的實驗步驟進行二次開發(fā)設(shè)計實驗，觀察實驗現(xiàn)象是否和模塊實驗現(xiàn)象一致。
七、實驗報告要求
1、觀察實驗現(xiàn)象，不要求記錄原始實驗數(shù)據(jù)；
2、分析說明窗口比較單元原理，嘗試畫出比較器單元原理圖。
八、思考題
在熱釋電紅外傳感器中，為什么要加窗口式電壓比較器電路？
