При разработке электронных схем компараторы часто выполняют на базе операционных усилителей. Однако существуют и специализированные микросхемы, задачей которых является сравнение уровней двух сигналов. К этой категории относится сдвоенный компаратор LM393.
Особенности микросхемы LM393
Микросхема LM393 содержит в одном корпусе два независимых аналоговых компаратора. Вход выполнен на биполярных транзисторах, выход — с открытым коллектором.
Достоинства микросхемы производители декларируют в datasheet в разделе Features:
- широкий диапазон возможного питающего напряжения (как двуполярного, так и однополярного);
- низкий ток, потребляемый вводами;
- низкий входной ток смещения;
- низкое входное напряжение смещения;
- широкий диапазон входных напряжений (от уровня земли до напряжения питания);
- совместимость с распространенными цифровыми уровнями (DTL, ECL, TTL, MOS и CMOS);
- защита от статического электричества, не влияющая на характеристики микросхемы.
Достоинством является и низкое значение напряжения насыщения выходного транзистора.
В качестве плюсов заявляется доступность исполнений, не содержащих свинца.
Параметры компаратора
В таблице приведены предельные характеристики микросхемы. Эксплуатация в этих условиях производителями не предусматривается, при их достижении компаратор может выйти из строя.
| Предельные параметры | ||
|---|---|---|
| Характеристика | Значение | Размерность |
| Напряжение питания (V+) | 36 или ±18 | вольт |
| Дифференциальное входное напряжение | 36 | вольт |
| Входное напряжение | -0,3..36 | вольт |
| Ток выхода (втекающий) (Isink) | 20 (продолжит.) | миллиампер |
| Ток короткого замыкания на общий проовд (Isc) | 20 (продолжит.) | миллиампер |
| Предельная рассеиваемая мощность (Pd) | 570 (при Токр=25 град.С) | милливатт |
| Эксплуатационные пределы температуры окружающей среды (Ta, Токр) | 0..+70 | град.С |
| Температура перехода (Tj) | +125 | град.С |
| Температура хранения (Tstg) | минус 65..+150 | град.С |
| Уровень статического электричества (Vesd) HBM | 1000 | вольт |
При повышении температуры окружающей среды выше+25 град.С, предельная рассеиваемая мощность снижается на 5,7 милливатт на каждый градус превышения.
Электрические характеристики LM339 измерены при напряжении питания +5 VDC во всем диапазоне рабочих температур окружающей среды. Если условия были иными, это оговаривается в каждом случае.
| Электрические характеристики | |||
|---|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность | Условия тестирования |
| Входное напряжение смещения (Vio) | в пределах ±5 | вольт | Ta=+25 град.С |
| не более 9 | вольт | во всем диапазоне Ta | |
| Входной ток смещения (Ios) | в пределах ±50 | наноампер | Ta=+25 град.С |
| в пределах ±500 | наноампер | во всем диапазоне Ta | |
| Ток, потребляемый входами (Iib) | не более 250 (типовое значение 25) | наноампер | Ta=+25 град.С |
| не более 400 | наноампер | во всем диапазоне Ta | |
| Диапазон входных напряжений (Vicr) | Uпит-1,5 | вольт | Ta=+25 град.С |
| Uпит-2 | вольт | во всем диапазоне Ta | |
| Коэффициент усиления по напряжению (Avol) | не менее 50
(типовое значение 200) |
вольт на милливольт входного напряжения | Rнагрузки ≥ 15 кОм,
Vсс = 15 Vdc, Tа = 25 град.С |
| Время отклика при большом сигнале | 300 (тип.) | наносекунд | При входном сигнал уровня TTL,
Uопорном = 1.4 VDC, напряжении на выходе 5 VDC, Rнагр = 5.1 кОм, Ta = +25 град.С |
| Время отклика (Ttlh) | 1,3 (тип.) | микросекунд | При
напряжении на выходе 5 VDC, Rнагр = 5.1 кОм, Ta = +25 град.С |
| Максимальное напряжение между входами (Vid) | Равно напряжению питания | вольт | |
| Предельный выходной ток (Isink) | не менее 6 (16 тип.) | миллиампер | Uвходное ≥ 1.0 VDC, Vin+ = 0 Vdc,
Vo ≤ 1.5 VDC, Ta = 25 град.С |
| Напряжение насыщения выхода (Vol) | не более 400 | милливольт | Vin ≥ 1.0 VDC,
Vin+ = 0 VDC, Vщ ≤ 1.5 VDC, Ta = 25°C |
| не более 700 | милливольт | во всем диапазоне Ta | |
| Ток утечки выхода (Iol) | 0,1 (тип.) | наноампер | Vin− = 0 V,
Vin+ ≥ 1.0 VDC, Vo = 5.0 Vdc, Ta = 25 град.С |
| в пределах 1000 | наноампер | во всем диапазоне Ta | |
| Потребляемый ток (Icc) | не более 1 | миллиампер | Rнагр=∞,
Ta = +25 град.С |
| не более 4 | миллиампер | Rнагр=∞,
Uпит=30 В |
|
| Рекомендуемое напряжение питания (Vcc) | 2..30 | вольт | |
Корпус и цоколевка
Сдвоенный компаратор выпускается в нескольких вариантах корпусов с восемью выводами. Самые распространенные из них:
- Для монтажа through hole (в отверстия) — DIP-8 (PDIP-8, CDIP-8).
- Для поверхностного монтажа SOIC-8 или Micro 8.
В соответствии с типом корпуса микросхеме присваивается дополнительный буквенный индекс:
- для DIP-8 — N (LM393N);
- для SOIC-8 — D;
- для Micro8 — DM.
Электрические характеристики LM339N, LM393D, LM393DM и других модификаций также в целом совпадают, однако, могут быть отличия по предельному току входа. В каждом случае надо сверяться с datasheet производителя.
Все корпуса имеют одинаковую распиновку. Расположение выводов показано на рисунке, а их функциональное назначение — в таблице.
| Номер вывода | Обозначение | Функциональное назначение |
|---|---|---|
| 1 | Output A | Выход компаратора A |
| 2 | Input A — | Вход — компаратора A |
| 3 | Input A + | Вход + компаратора A |
| 4 | GND | Общий |
| 5 | Input B + | Вход + компаратора B |
| 6 | Input B — | Вход — компаратора B |
| 7 | Output B | Выход компаратора B |
| 8 | Vcc | Напряжение питания |
Встречаются и более редкие модификации микросхемы, например, в круглом металлостеклянном корпусе TO-99. Он таже имеет 8 выводов.
Аналоги
Во многих случаях в качестве аналогов можно применить сдвоенные компараторы зарубежного производства:
- TA75393;
- LM2903B;
- BA10393F.
Они имеют различные модификации корпусов, в том числе, совпадающие с корпусами, в которых выпускается LM393 (включая расположение выводов). Их электрические параметры также близки, но перед заменой в любом случае совместимость надо проверить по datasheet.
Из отечественных электронных элементов в качестве аналога можно использовать микросхему КР1040СА1.
Практическая схема включения
Практическая схема включения LM339 стандартна для компараторов с открытым коллектором:
- на один из входов подается опорный уровень (с которым сравнивается изменяющееся напряжение);
- на другой вход подается напряжение, значение которого надо сравнть с опорным;
- нагрузка (обычно, резистор) подключается между шиной питания и выходом.
При изменении измеряемого напряжения относительно входного уровня (превышение или понижение порога) выходной ключ открывается или закрывается. На этом принципе производитель в datasheet рекомендует строить:
- предельные компараторы;
- простые аналого-цифровые преобразователи;
- генераторы импульсов;
- формирователи временных задержек;
- преобразователи цифровых уровней;
- другие приложения промышленного и бытового применения, включая носимую аппаратуру, питаемую от аккумуляторных батарей.
В качестве примера приведена схема простого фотореле на LM393 (можно применить LM393D, LM393N — схема включения не поменяется, придется только изменить рисунок печатной платы). На вход 2 подается пороговое напряжение, на вход 3 — изменяемое. При достижении порога внутренний транзистор на выходе 1 закрывается или открывается, управляя транзистором VT1, включающим электромагнитное реле.
Эта схема не оптимальна, так как в ней используется только одна половина микросхемы. Более рационально использовать LM393 там, где нужно иметь сразу два компаратора, как, например, в приведенной схеме регулятора жала паяльника.
Указанными схемами и секторами применения область использования LM393 не исчерпывается. Универсальные параметры микросхемы дают широкий простор конструкторской фантазии.
