实验目标

1. 查阅LM393资料，了解其内部电路结构、性能和应用电路

2. 学习LM393滞回比较器电路的构建、调整和测试

实验器材

ADALM2000 

理论基础

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

LM393内部电路静态测试仿真图如图2所示（将两个输入端均接地，测出静态值）。

                         图2

由LM393内部电路与外部电路构成的滞回比较器电路如图3所示，图中输出端添加了一个10k上拉电阻，以及外部电路——电阻R1，R2，其中R2作为反馈电阻构成了反馈回路。由反馈电路的原理可知，正相输入电压满足

当VOUT=5V时，若有VIN+=VIN-，则可计算出此时反相输入电压VIN-=0.45V，为临界情况。此时若反相输入电压继续增大，有VIN->VIN+，此时会从5V降为-5V。同理，当VOUT=-5V时，若反相输入电压VIN-从-0.45V继续减小，有VIN-<VIN+，此时VOUT会从-5V升至5V。

                    图3

仿真结果

对图3电路进行仿真，其中反相输入端输入幅值5V、频率100Hz的正弦信号，最下方为输入信号（红色）与输出信号（绿色）的波形。可以观察到，当输入信号刚上升至0.4V左右时，输出电压从5V降为-5V；输入信号刚下降至-0.4V左右时，输出电压从-5V升至5V，与理论分析一致。

以反相输入电压为x轴，输出电压为y轴，画出电压传输曲线如下：

实验步骤

1. 按照图1，制作PCB板，焊接元器件，并对电路进行检测。

2. 按照图3，搭建电路并检测，接通电源电压。

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。

电路搭建

根据图2的电路图制作PCB，绘制的原理图与PCB图分别如下（短接H1的两个引脚启用10kΩ上拉电阻）：

由于PCB上只包含了LM393的内部电路，因此图3反馈回路上的电阻R1与R2并未包含在PCB内，需要用外部的面包板转接。下图是在面包板上添加反馈回路电阻后的电路，红色字体标出的是输入电阻与反馈电阻，绿色字体与蓝色字体分别代表面包板与ADALM2000、面包板与PCB之间的连线。

实验结果

电路连接完成后，首先将IN-端接地，测得电路静态输出为-4.86V：

随后IN-端接入信号源W2端口，并使信号源产生峰峰值10V，频率100Hz的正弦波。

此时在示波器中观察输入信号（通道1）与输出信号（通道2）的波形，可以看出实验波形与仿真结果一致。同时绘制电压传输曲线（右侧），可以观察到滞回现象。