Lm393n схема включения как работает

Реле времени на компараторе LM393

Компаратор это усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами и цифровым выходом. Компаратор (от английского compare — сравнивать) делает сравнение напряжений на входах. На неинвертирующий(+) вход подается опорное напряжение, формируемое делителем напряжения, а на инвертирующий(-) вход поступает изменяющееся напряжение. Если напряжение на инвертирующем(-) входе станет равным или превысит опорное, на выходе компаратора появиться сигнал логической единицы.

Микросхема lm393 содержит 2 компаратора, а lm339 4 компаратора в одном корпусе.

Распиновка микросхемы lm393

Питание компаратора lm393 однополярное от 2 до 36В, либо двуполярное от +-1 до +-18В. Выходной какскад с открытым коллектором, максимальный выходной ток до 20мА.

Схема реле времени на компараторе:

Подаем на схему питание. Резисторы R2, R3 формируют опорное напряжение равное 40% от напряжения питания. Оно будет чуть меньше, так как выходной транзистор компаратора открыт и резистор обратной связи R4 оказывается подключен параллельно резистору R3. На инвертирующем входе будет напряжение близкое к напряжению питания и по мере заряда конденсатора C1, оно будет уменьшаться. Когда оно станет меньше напряжения на неинвертирующем входе(примерно 4,5В) выходной транзистор компаратора закроется, резистор R4 теперь не соединен параллельно с R3, поэтому опорное напряжение увеличится на 0,27В тем самым обеспечивая гистерезис. То есть если теперь напряжение на конденсаторе начнет падать, то ему нужно будет упасть на те самые 0,27В чтобы опять переключить компаратор.

Для нахождения гистерезиса нужно пересчитать напряжение делителя для случая когда R3 и R4 соединены параллельно. Сопротивление двух резисторов соединенных параллельно находится по формуле:

R = 1 / (1/R3 + 1/R4 ) = 1 / (1/100кОм + 1/1000кОм) = 90,9кОм

Теперь пересчитываем напряжение делителя R2R3, взяв вместо R3 90,9кОм:

U1 = Uпит. * [ R3 / (R2 + R3) ] = 12 * [ 90,9 / (150 + 90,9) ] = 12 * 0,377 = 4,53В

Напряжение делителя R2R3 без резистора R4:

U2 = Uпит. * [ R3 / (R2 + R3) ] = 12 * [ 100 / (150 + 100) ] = 12 * 0,4 = 4,8В

Гистерезис будет равен разнице полученных напряжений:

H = U2 — U1 = 4,8 — 4,53 = 0,27В

Если нужно чтобы светодиод наоборот зажигался через определенное время, то нужно поменять местами C1 и R1, а также резисторы R2 и R3:

При кратковременном отключении питания отсчет времени начинается не с начала, так как конденсатор разряжается долго. Ускорить разряд конденсатора можно добавив диод:

Теперь при отключении питания конденсатор разряжается питая схему. В основном ток проходит через светодиод. Добавим еще один диод, чтобы конденсатор не питал компаратор:

Теперь светодиод при отключении питания не горит, но разряд конденсатора идет значительно медленнее через резисторы R2, R3.

2021-02-15 Fri, 27 Aug 2021 10:25:52 GMT Ignat Romanov romanovignatiy259@gmail.com https://t.me/ignat_romanov 1921

Похожие материалы

• Реле времени на триггере Шмитта
• Реле времени на КМОП-инверторах
• Программируемый таймер CD4541
• Реле времени и фотореле на таймере NE555

Ignat Romanov @ romanovignatiy259@gmail.com

LM393. Описание, datasheet, схема включения, аналог

Микросхема LM393 имеет в своем корпусе два независимых компаратора напряжения. Компаратор LM393 может работать, как от однополярного источника питания в широком диапазоне напряжений, так и от двухполярного источника. При использовании двухполярного — разница между потенциалами должна составлять от 2 В до 36 В.

Ток потребления компаратора не зависит от напряжения питания. Необходимо обратить внимание, что данный компаратор имеет выход с открытым коллектором.

Ключевая особенность LM393

• Широкий диапазон напряжения питания: 2…36 В или ±1…±18 В
• Очень низкий ток потребления (0,45 мА)
• Низкий входной ток смещения: 20 нА
• Низкий входной ток смещения: ± 3 нА
• Низкое входное напряжение смещения: ± 1 мВ тип
• Низкое выходное напряжение насыщения: 80 мВ
• TTL, DTL, ECL, MOS, CMOS совместимые выходы
• Компаратор LM393 доступен в корпусе: DFN8 2х2, MiniSO8, TSSOP8 и SO8

Технические характеристики LM393

Ниже приведены основные электрические характеристики и абсолютные максимальные значения эксплуатации LM393:

Принципиальная схема LM393

Назначение выводов (распиновка)

Аналог LM393

Для замены можно использовать следующие зарубежные и отечественные аналоги LM393:

зарубежный аналог

• AN1393
• AN6916
• AN6914
• GL393
• IR9393
• NJM2903D
• TA75393AP
• UPC393C
• UA393

отечественный аналог

• 1040СА1
• КР1040СА1
• 1401CA3

Принцип работы LM393

Чтобы понять как же работает данный компаратор, рассмотрим простую схему сумеречного автомата.

Глядя на схему мы видим, что оба входа компаратора подключены к делителям напряжения. Первый делитель напряжения, подключенный к инвертирующему входу (2), состоит из постоянного резистора и фоторезистора.

Как известно сопротивление неосвещенного фоторезистора имеет очень большое сопротивление (более 1МОм), и малое при освещении. Поэтому в ночное время суток, согласно логике работы делителя напряжения, напряжение на входе (2) компаратора будет выше, чем в дневное время суток.

Чтобы включать и выключать свет (в нашем случае светодиод), в зависимости от степени освещенности фоторезистора, нам необходимо установить порог переключения. Для этого служит неинвертирующий вход (3) на который необходимо подать опорное (неизменяемое) напряжение. Это опорное напряжение мы возьмем с переменного резистора R3, который выполняет роль делителя напряжения.

Теперь компаратор будет сравнивать два уровня напряжения (на выводах 2 и 3). Если напряжение на входе 2 будет больше чем на входе 3, то светодиод загорится. Как только напряжение на входе 2 опустится (при освещении фоторезистора) ниже уровня напряжения на входе 3, светодиод погаснет.

ШИМ на компараторе LM393

Добрый день! Недавно стал интересоваться цифровой схемотехникой и незаметно перешёл к аналоговой. А почему так произошло? Во время проектирования динамической индикации на дискретной логике, появилась идея реализовать ШИМ. Идея интересная, но опыта особенно не было. Поэтому сразу возникла идея поставить микроконтроллер. Но это не так интересно, особенно когда цель учится. И так спустя некоторое время я пришёл к тому, что можно реализовать ШИМ на компараторах. Концепция ШИМ состоит в том, что есть пилообразный сигнал который поступает на вход компаратора и сигнал с делителя напряжения. И в момент возникновения пересечения, выставляется сигнал на выходе компаратора. Чем ближе напряжение с делителя к пику пилы, тем меньше время высокого сигнала и наоборот. Задача была сгенерировать пилообразный сигнал. Для этого я решил собрать релаксационный генератор на компараторе. Но особенность его заключается в том, чтобы он был с маленькой скважностью (то есть 90-95% высокий уровень и 5-10% низкий). Это нужно для того, чтобы размах для регулировки ШИМ был практически полным. В ином случае будет доступно только 50% и не более (если генератор со скважностью 50%). И для создания низкой скважности была использована схема разрядки RС цепочки через диод и резистор (резистором R2 задаётся соотношение высокого и низкого уровня). А затем с помощью интегрирующей (RC) цепочки необходимо сделать пилу. Во время тестирования возникла идея вместо резистора в RC цепочке, использовать источник тока на двух транзисторах. Это было сделано для равномерной зарядки конденсатора. А быстрая разрядка происходит благодаря диоду. Теперь когда есть источник пилообразного сигнала, не составит труда создать ШИМ сигнал. Для этого необходимо на инвертирующий вход компаратора подать напряжения с делителя. Но тут возникает проблема в том, что для регулировки используется фоторезистор. Его особенность в том, что на свету его сопротивление порядка 1 килоома или нескольких, а в темноте достигает 2-3 мегаомов. И из этой особенности надо настроить систему так, чтобы напряжение не было выше пикового напряжения пилы, иначе на выходе будет низкий сигнал, что для системы динамической индикации не приемлемо. Для этого было решено, установить подстроечный резистор, которым в темноте надо настроить сопротивление так, чтобы напряжение было чуть ниже пика пилы. Так как в темноте сопротивление фоторезистора мегоомы, а в плече подстроечного резистора будет значительно меньше, поэтому фоторезистор не будет влиять на систему. А при свете его сопротивление уменьшится и не будет уже влиять сопротивление нижнего плеча подстроечного резистора. И так теперь уже не страшно, что в темноте может погаснуть подсветка. А в конце решил установить полевой транзистор для того, чтобы регулировать значительные нагрузки. Примечание: В микросхеме LM393 выходы open-drain, а это означает что выходы необходимо подтянуть к питанию через резисторы. А то было очень смешно, собрал и сигнал вроде есть, а вроде нет. Думал, ошибся в схеме, а оказалось надо было просто подтянуть. Номиналы, которые используются в схеме рассчитаны на частоту ШИМ около 20кГц и напряжение питания 5 вольт. Так же при изменении номиналов надо обратить внимание на интегрирующую цепочку и пересчитать для необходимой частоты.

1. t1 – прямоугольный сигнал с низкой скважностью.
2. t2 – пилообразный сигнал.
3. t3 – напряжение с делителя напряжения (в крайних значения не должно заходить за пределы напряжения пилы).
4. t4- ШИМ сигнал.

Думаю, такой вариант проверки будет удобен.

Возвращаясь к идее использовать микроконтроллер вместо данной схемы удобна тем, что во-первых стабильность системы будет выше, так как в схеме будут сильные колебания из-за температурных изменений (в особенности сильный разброс параметров керамических конденсаторов) и будет колебаться частота, во-вторых МК проще и даже можно сказать, что дешевле, чем большое количество «расыпухи» и времени затраченного на наладку всего устройства. Так что в каждой отдельной задачи есть своё хорошее, подходящее решение.

В конце статьи прикреплены файлы схемы и печатной платы в EasyEDA.

Спасибо за уделённое внимание. Пишите если есть вопросы, с радостью Вам на них отвечу!

Компаратор. Описание и применение. Часть 1

Эта статья содержит основную информацию о работе компараторов напряжения построенных на интегральных микросхемах и может быть использована в качестве справочного материала для построения различных схем.

В электронике, компаратор представляет собой устройство, которое сравнивает между собой два электрических сигнала и выводит цифровой сигнал, указывающий на увеличение одного входного сигнала над другим. Компаратор имеет два аналоговых входа и один цифровой выход.

Компаратор, как правило, построен на дифференциальном усилителе с высоким коэффициентом усиления. Компараторы широко используются в устройствах, которые измеряют и оцифровывают аналоговые сигналы, например, в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)

Примеры работы компаратора приведены на основе микросхемы LM339 (счетверенный компаратора напряжений) и LM393 (сдвоенный компаратор напряжения). Эти две микросхемы по своему функционалу идентичны. Компаратор напряжения LM311 так же может быть использован в данных примерах, но он имеет ряд функциональных особенностей.

Структурная схема одного компаратора входящего в микросхему LM339 и LM393

Компаратор напряжения — выход с открытым коллектором

Как правило, выход компаратора напряжения представляет собой выход с открытым коллектором.

Выход открытый коллектор имеет отрицательную полярность. Это означает, что на этом выходе не бывает положительного сигнала и нагрузка должна подключаться между этим выходом и источника питания.

В некоторых схемах к выходу компаратора подключают нагрузочный (подтягивающий) резистор для того, чтобы обеспечить сигнал высокого уровня поступающего на вход следующего элемента схемы.

Операционные усилители (ОУ), такие как LM324, LM358 и LM741 обычно не используются в радиоэлектронных схемах в качестве компаратора напряжения из-за их биполярных выходов. Тем не менее, эти операционные усилители могут быть использованы в качестве компараторов напряжения, если к выходу ОУ подключить диод или транзистор для того чтобы создать выход с открытым коллектором.

Ниже представлена логика работы компаратора имеющий выход с открытым коллектором:

Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет ниже, чем напряжение на входе (-). И соответственно ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе (+) будет выше, чем напряжение на входе (-).

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

Принципиальная схема «компаратор напряжения» эквивалентна работе операционного усилителя, например, LM358 или LM324, имеющим на выходе два транзистора типа NPN (см. выше). Таким образом, можно сделать все 4 выхода ОУ (LM339) с открытым коллектором. Каждый такой выход может выдерживать ток нагрузки 15 мА и напряжение до 50 вольт.

Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на плюсовом (+) и минусовом (-) входах компаратора. Входы компаратора крайне чувствительны и разница напряжения между ними всего лишь в несколько милливольт приводит к переключению его выхода.

Схема эквивалента компаратора напряжения с двухполярным источником питания

Компараторы напряжения LM339, LM393 и LM311могут работать с одно- или двухполярным источником питания до 32 вольт максимум.

При работе с двухполярным питанием, режим сравнения напряжения остается таким же, за исключением того, что для большинства схем эмиттер выходного транзистора подключается к отрицательной шине питания, а не к общей цепи. Исключением из этого правила является операционный усилитель LM311, имеющий изолированный эмиттер, который можно подключить как к минусу однополярного источника питания, так или к общему проводу двухполярного.

При работе с двухполярным источником питания, входное напряжение может быть выше или ниже относительно общего провода блока питания. Кроме того, один из входов компаратора может быть подключен к общему проводу, таким образом создается детектор «пересечение нуля».

Описание работы компаратора

Следующий рисунок показывает простейшую конфигурацию для компаратора напряжения, а так же графическое изображение режима его работы. В этой схеме опорное напряжение составляет половину напряжения питания, а входное напряжение может меняться от нуля до напряжения питания. В теории опорное и входное напряжение могут иметь значение от нуля и до напряжения источника питания, но есть реальные ограничения, зависящие от конкретно используемого компаратора.

Сигнал на выходе:

1. Ток будет течь через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс (+) ниже, чем напряжение на входе минус (-).
2. Ток не будет протекать через открытый коллектор, когда напряжение на входе плюс выше, чем напряжение на входе минус.

Входное напряжение смещения компаратора

Компараторы не являются совершенными устройствами, и их работа может иметь недостаток от последствий такого параметра, как входное напряжение смещения. Входное напряжение смещения для многих компараторов может составлять всего несколько милливольт и в большинстве схем может быть проигнорировано.

В основном проблема, связанная с входным напряжением смещения возникает, когда входное напряжение изменяется очень медленно. Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.

Следующая диаграмма иллюстрирует эффект смещения входного напряжения возникающий в результате медленного изменения входного напряжения. Этот эффект возрастает при увеличении выходного тока транзистора. Поэтому, для уменьшения этого эффекта, необходимо обеспечить максимальное сопротивление резистора R4.

Последствия входного напряжения смещения можно уменьшить, добавив в схему гистерезис. Это приведет к тому, что опорное напряжение будет меняться, когда выход компаратора переходит на высокий или низкий уровень.

Входное напряжение смещения и гистерезис

Для большинства схем построенных на компараторах, величина гистерезиса является разностью напряжений входного сигнала, при котором выход компаратора либо полностью включен или полностью выключен. Гистерезис в компараторах, как правило, нежелателен, но он может потребоваться, когда необходимо уменьшить чувствительность к шуму или при медленном изменении входного сигнала.

Внешний гистерезис использует положительную обратную связь (ПОС) с выхода на неинвертирующий вход компаратора. В результате полученный триггер Шмитта обеспечивает дополнительную помехоустойчивость и более чистый выходной сигнал.

Эффект от использования гистерезиса в том, что при постепенном изменении входного напряжения, а опорное напряжение будет быстро изменяться в противоположном направлении. Это обеспечивает чистое переключение выхода компаратора.

Механический аналог гистерезиса может быть обнаружен в разнообразных тумблерах. Как только рукоятка тумблера перемещается мимо центральной точки, пружина в тумблере переводит контакты реле в гарантированное положение (открытое или закрытое).

Гистерезис является неотъемлемой частью большинства компараторов составляющая всего несколько милливольт и он обычно влияет только на схемы, где входное напряжение поднимается или падает очень медленно или имеет скачки напряжения, известные как «шум»…

4 комментария

Кот Мурзик
07.06.2017 в 22:50
Спасибо огромнейшее! Для меня как новичка, написано более чем доступно. Ответить
05.04.2020 в 02:48

Первую половину статьи необходимо поместить за второй, чтоб не отпугнуть новичков » непонятными» структурными схемами компаратора, а то заходишь на сайт, с целью в доступном изложении узнать о компараторах, а тут формулы научные термины (хоть словарь Даля применяй). Прочитав пару строк и поняв, что начинает плавится мозг, закрываешь и ищешь другой…, а тут все изложено в доступной форме не только для «_АКАМЕДИКОВ!» благодарность автору. Ответить

02.03.2021 в 06:11

«Конечным результатом входного напряжения смещения является то, что выходной транзистор не полностью открывается или закрывается, когда входное напряжение находится недалеко от опорного напряжения.» Это не так. Напряжение смещения является причиной того, что при замкнутых между собой прямом и инверсном входах через плечи входного дифференциального каскада протекают разные токи, хотя в идеале должны быть одинаковые. Напряжение смещения по определению представляет собой такую разность напряжений на входах, при которой токи в этих плечах становятся равными. Даже если вам попадется экземпляр компаратора у которого чисто случайно напряжение смещения окажется равным 0, то это никак не избавит его от того «что выходной транзистор не полностью открывается» при малых дифференциальных входных напряжениях. Причиной этого является не напряжение смещения, а конечный коэффициент усиления схемы. В некоторых компараторах для борьбы с логической неопределенностью на выходе вводят внутреннюю ПОС для образования гистерезиса, но не в обсуждаемых здесь микросхемах. А вот выдержка из datasheet от TI на LM339:
«Overdrive voltage is the differential voltage produced between the positive and negative inputs of the comparator over the offset voltage. To make an accurate comparison, the overdrive voltage (V OD ) must be higher than the input offset voltage (V IO ). Overdrive voltage can also determine the response time of the comparator, with the response time decreasing with increasing overdrive.» Отсюда видно что для гарантированно правильного срабатывания компаратора входной импульс должен иметь перепад больше (достаточно 1 мВ превышения, поскольку типичный коэффициент усиления для этих микросхем по напряжению порядка 50 В/мВ) чем напряжение смещения (которое гарантируется справочными данными не больше 9мВ, а для версии «A» не более 4мВ) т. к. из входного импульса как-бы вычитается напряжение смещения и дальше схема усиливает именно эту разность, а значит входной импульс будет однозначно определять выходной сигнал только если он по модулю превышает смещение. И еще при этом чем больше перепад тем быстрее появится отклик на выходе. Для входных импульсов 5мВ и 100мВ разница в задержке выходного сигнала может составлять 1/0,5мкс для положительного/отрицательного фронта. Ответить

lllllllllll
21.05.2021 в 00:44

Если пишете что с однополярным источником питания, то почему вводите в заблуждение и указываете неправильную маркировку? + — это двуполярное питание. Если питание однополярное то нужно писать + и значок земли. Ответить