窗口比较电路实验
一、实验目的
学习运算放大器作窗口式电压比较器电路的应用
二、实验内容
窗口比较电路实验
三、实验仪器
光电技术创新综合实验仪 一台
热释电传感器实验模块 一块
双踪数字示波器 一台
万用表 一块
连接导线 若干
四、实验原理
当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。在该比较器中，两电阻及可调电位器W2用做参考电压，两个运算放大器用做比较，两个二极管的主要作用是使输出更稳定。窗口比较器的下限参考电压为1.2V，通过调节W2后可使上限参考电压为1.2V~3.8V。
当调节W2到一定值，即可确定窗口比较单元的上限参考电压，当输入窗口比较器的信号在上下门限参考电压之内时，窗口比较输出为低电平，否则输出高电平。根据此电路设计方式，从而判定传感器探测信号处理后是否在门限范围内。
五、实验注意事项
1、实验过程中，严禁带电插拔导线及元器件；
2、严禁将任何电源对地短接；
3、严格按照指导书要求实验，如果发生异常情况，请立即关机断电；
4、严禁随意拆卸探测组件结构件，更不能触摸探测器表面，以免造成性能损坏；
5、热释电探测组件结构件远离热源、空气流动等环境变化较明显的地方。
六、实验步骤
窗口比较实验：
1、将W2可调电位器顺时针旋转至底端。
2、将热释电探测组件结构件的红、黄、黑三色插孔（红色插孔—D；黄色插孔—S；黑色插孔—G）分别连接至“超低频信号放大”单元的D（J1）、S（J2）、G（J3），连接J4至“窗口比较”单元的J6。
3、TP1及TP2为窗口比较器的上下门限电压输出端，TP3及 TP4为“窗口比较”单元的上、下比较器输出端。
4、打开电源，按下“电源”开关K1，用万用表测试TP1的电压输出值，逆时针调节W2（门限调节），观察TP2输出值变化情况，并记录下来。
5、将W2顺时针旋转至底端，用示波器探头1和探头2分别测试TP3及TP4处的信号波形，观察此时TP3输出为低电平，TP4输出为高电平。当用手垂直纵向切过透镜前方时，观察此时TP1及TP2的波形变化情况，并记录下来。（注：示波器与实验仪必须共地，若此时观察波形变化不灵敏，可将组件前端透镜取下来，再进行实验）
6、逆时针调节W2，当用手垂直纵向切过探测器前方时，观察此时TP3及TP4的波形变化情况。多测几次，观察波形变化现象，比较异同。
7、实验完毕后，关闭电源，按下“电源”开关K1，拆除导线并放置好，还原实验仪等相关设备。
二次开发设计实验：
1、利用二次开发实验模块自行搭建电路，电路如图3-1所示：
图3-1 窗口比较电路
2、自行调试电路，调试步骤参考电路原理图：
1）将W2顺时针旋转至底端。
2）将“热释电探测组件套筒”的红、黄、黑三色插孔（红色插孔—D；黄色插孔—S；黑色插孔—G）分别连接至“超低频信号放大单元”的J1（D）、J2（S）、J3（G），连接J4至J6。
3）设计窗口比较器的上限参考电压为1.2V～3.8V，下限参考电压为1.2V。逆时针调节电位器W2，用万用表测量TP1及TP2是否为标准值范围内输出。
4）将W2顺时针旋转至底端，用示波器探头1和探头2分别测试TP3及TP4处的信号波形，此时TP3输出为低电平，TP4输出为高电平。当用手垂直纵向切过透镜前方时，观察此时TP1及TP2相对同步变化。若逆时针调节W2时，重复之前操作，观察到TP3及TP4有变化，则说明此单元电路正常。（注：示波器与实验仪必须共地，若此时观察波形变化不灵敏，可将组件前端透镜取下来，再进行实验）
该处电路的问题：
1）TP1及TP2测量值不符设计，可能是R14、R15及电位器W2阻值匹配误差引起。
2）TP3及TP4无相对变化，说明此单元电路焊接可能有误。
3、调试完毕后，参考“窗口比较实验”的实验步骤进行二次开发设计实验，观察实验现象是否和模块实验现象一致。
七、实验报告要求
1、观察实验现象，不要求记录原始实验数据；
2、分析说明窗口比较单元原理，尝试画出比较器单元原理图。
八、思考题
在热释电红外传感器中，为什么要加窗口式电压比较器电路？
