实验介绍
LM393电压比较器内部电路如图1所示，它由多路电流镜电路，差分电路，共射电路和OC输出级四个部分构成。其中多路电流镜电路构成与电源电压无关的偏置电路，为电路中各部分的晶体管提供必要的偏置电流，可使电路在不同电源电压下稳定工作；差分电路为比较器，其中的四个二极管构成加速电路，提高电路的比较速度；共射电路和OC输出级将差分电路的输出信号进行两次反相放大后，以OC形式输出信号，OC输出级可使电路能够满足后续电路电平的需要。
图1
构建完成LM393电压比较器后，我们还需要搭建一个滞回比较器用于测试，滞回比较器相较于传统比较器而言拥有不同的正向阈值与反向阈值，可以实现在输入噪声较大时候的稳定比较。图2可以较好地描述滞回比较器的工作特性，该比较器正向阈值+2V，反向阈值-2V。图2-b中的传输波形变化幅度较大，但只要没有超过滞回区间就不会在输出端（2-c）产生变化。
图2
LM399搭建的滞回比较器原理图如下图3所示，其正向阈值电平为 ，反向阈值电平为 。在R1=10KΩ、R2=100KΩ、VDD=5V、VEE=-5V的情况下计算求得正向阈值电平为0.45V，反向阈值电平为-0.45V。
图3
实验步骤
1. 搭建LM393内部电路，通电测试；
2. 同向输入端与反向输入端输入相差180°的正弦波信号，观察比较器的输出；
3. 在反相端接入频率为100Hz、电压为5V的正弦波，用示波器观察电路的输入、输出波形，并记录;
4. 搭建滞回比较器测量正向和反向阈值。
电路仿真
本电路使用Tina进行电路仿真，仿真文件见4_3.TSC，电路仿真图如下所示。
图4
静态工作点测试：将JFET更换为2N6755，同时更换阻值为常见电阻阻值，运行直流工作点分析如下图所示。其中AM1~AM3电流为90uA左右，AM5与AM6为输入级电流负载为3.54uA左右。输入均接地时因为外部的R5上拉电阻，比较器输出VF1为高电平。
图5
瞬态测试：同向输入端VG1输入频率为10KHz正弦波，反向输入端VG2输入同频率幅值但相差180°的正弦波，经过比较器后输出波形VF1。波形VF1在VG1>VG2时输出为高电平，VG1<VG2时输出为低电平。
图6
同向输入端接地，同时反向输入端输入频率为100Hz、幅值为5V的正弦波，在输出观察VF1信号在VG2<0时为高，VG2>0时为低。
图7
电压比较器在外部接成回滞比较器，其中同向输入端使用10K与100K电阻构成电压比例网络。反相输入端输入一个直流2V、幅值3V、频率50Hz的三角波，在输出端测量到正向阈值电压为402mV，反向阈值电压为-488mV。
图8
板卡设计
使用立创EDA专业版设计板卡原理图与PCB，该板为双层板，尺寸62.5mm*41mm。原理图、PCB与实物图如下所示，源文件可见附件4_3.epro。
图9
图10
图11
实验测试
按照下图连接板卡、面包板与ADALM2000，其中输出端连接到1+，W1连接到同相输入端IN_P，W2连接到反向输入端IN_N，由ADALM 2000提供+-5V的电源。
图12
同向输入端IN_P输入6Vpp 10KHz正弦波，反向输入端IN_N输入6Vpp 10KHz正弦波，但相位滞后180°。此时比较器输出占空比50%的方波信号，与仿真相符。
图13
同向输入端接地，反向输入端接5Vpp 100Hz正弦波。当正弦波位于正半周时比较器输出负电平，负半周时输出正电平，与仿真相符。
图14
信号频率继续提高到500KHz时LM393比较器的输出出现明显失真，当信号频率达到1MHz时输出消失。
图15
搭建滞回比较器，此时正向阈值为229mV，反向阈值为-458mV。该数值与仿真得出的的402mV、-488mV相符。
图16
总结
本实验中所涉及的LM393比较器包含差分输入级、级间共射级与集电极输出级，三者共同组成了高速的电压比较器电路。通过使用立创EDA绘制PCB并借助ADALM 2000进行调试，实现了对比较器基础功能的测试，最后测得通过添加外围器件搭建的滞回比较器拥有229mV与-458mV的正/反向阈值电压，均与仿真相吻合。
