Распиновка, принцип работы и схема компаратора LM393

Компаратор LM393 для новичков (с тестовой схемой)

Компаратор LM393 — это широко используемый двойной дифференциальный компаратор, который играет важную роль в различных электронных приложениях, таких как обнаружение напряжения, обнаружение перехода через ноль и обработка сигналов датчиков. В этой статье представлен подробный обзор LM393, охватывающий его принцип работы, конфигурацию выводов, конструкцию схемы и практические приложения, включая его интеграцию с Arduino и микроконтроллерами.

Что такое LM393?

LM393 — это двойной дифференциальный компаратор IC, который сравнивает два входных напряжения и обеспечивает низковольтный цифровой выход. В отличие от операционных усилителей (ОУ), компараторы, такие как LM393, предназначены для быстрого переключения между высоким и низким состояниями, когда входное напряжение пересекает опорный порог.

Характеристики LM393

LM393 известен своей надежной работой и гибкостью в различных схемах. Ниже приведены его основные характеристики:

1. Напряжение питания: от 2 В до 36 В (однополярное питание) или от ±1 В до ±18 В (двуполярное питание)
2. Низкое энергопотребление: 0,4 мА на компаратор
3. Время отклика: 300нс (быстрое переключение)
4. Выход с открытым коллектором: Требуется внешний подтягивающий резистор
5. Диапазон температур: от -40°С до +85°С

Выход с открытым коллектором особенно полезен в приложениях, где необходимо подключить несколько компараторов к общей выходной линии.

Распиновка LM393

Микросхема LM393 состоит из двух независимых компараторов напряжения и имеет 8-контактную компоновку:

Номер контакта	Имя пин-кода	Описание
1	1ВЫХОД	Выход операционного усилителя 1
2	1IN-	Инвертирующий вход операционного усилителя 1
3	1IN+	Неинвертирующий вход операционного усилителя 1
4	Земля	Земля
5	2IN+	Неинвертирующий вход операционного усилителя 2
6	2IN-	Инвертирующий вход операционного усилителя 2
7	2ВЫХОД	Выход операционного усилителя 2
8	ВКЦ	Источник питания

Принцип работы LM393: как это работает?

Компаратор LM393 работает, сравнивая напряжения на своих инвертирующем (-) и неинвертирующем (+) входах:

1. Если V+ > V-, выход остается ВЫСОКИМ (состояние открытого коллектора).
2. Если V- > V+, выход переключается на НИЗКИЙ уровень (ток уходит на землю).

Основные соображения:

1. Выход имеет открытый коллектор, то есть для его правильной работы необходим подтягивающий резистор (например, 10 кОм).
2. LM393 не усиливает сигналы, как операционный усилитель, — он только переключает состояния.

Примеры применения LM393

LM393 используется в различных электронных устройствах, в том числе:

1. Детектор перехода через нуль: Определяет точку, в которой сигнал переменного тока пересекает нулевое значение, что полезно для определения фазы.
2. Защита от перенапряжения и пониженного напряжения: Используется в цепях электропитания для обнаружения аномалий напряжения.
3. Мониторинг уровня заряда батареи: Сравнивает напряжение батареи с заданным опорным напряжением.
4. ИК-датчики и детекторы света: Преобразует выходные сигналы датчика освещенности в цифровые сигналы для взаимодействия с микроконтроллером.
5. Обработка ШИМ-сигнала: Используется в коммутационных цепях и формировании формы сигнала.

Проектирование схемы LM393

Схема цепи LM393：

Компоненты:

1. ЛМ393
2. ЛДР
3. Резистор 10кОм
4. Резистор 33кОм
5. ВЕЛ
6. Блок питания (5 В)

Описание:

Это светочувствительная схема компаратора напряжения, использующая ИС компаратора LM393. LDR и резистор 10 кОм образуют делитель напряжения, который обеспечивает переменное напряжение на неинвертирующем входе (контакт 3) LM393. Опорное напряжение устанавливается на инвертирующем входе (контакт 2) с помощью резистора 33 кОм.

LM393 с Ардуино

Компаратор LM393 можно легко подключить к Arduino, ESP32 или Raspberry Pi для различных приложений на основе датчиков.

Библиотека LM393 Arduino

Для пользователей Arduino LM393 не требует специальной библиотеки — вы можете напрямую считывать его цифровой выход с помощью digitalRead() функция.

Проект LM393 Arduino: датчик освещенности

Цель: Определить интенсивность света с помощью датчика LDR и LM393.

Соединения:

1. Датчик LDR → Вход LM393
2. Выход LM393 → Цифровой вывод Arduino
3. Светодиодный индикатор (опционально)

Пример кода Arduino:

Этот код считывает выходной сигнал LM393 и отображает сигнал HIGH/LOW на последовательном мониторе.

Эквивалент LM393

Если LM393 недоступен, можно использовать альтернативные компараторы, такие как:

Модель	Производитель	Тип	Диапазон рабочего напряжения	Время отклика	Выходной ток (приемник)	Варианты пакетов
ЛМ393	Texas Instruments, ON Semiconductor, STMicroelectronics	Двойной компаратор	2В – 36В	1.3мкс	16мА	СОИК-8
ЛМ2903	Texas Instruments, ON Semiconductor, STMicroelectronics	Двойной компаратор	2В – 36В	1.3мкс	16мА	СОИК-8
ЛМ339	Texas Instruments, ON Semiconductor, STMicroelectronics	Четырехканальный компаратор	2В – 36В	1.3мкс	16мА	СОИК-14
UA393	Texas Instruments, ON Semiconductor	Двойной компаратор	2В – 36В	1.3мкс	16мА	СОИК-8

Наиболее близкой альтернативой является LM339, поскольку у него четыре компаратора вместо двух.

Распространенные проблемы и их устранение LM393

Если ваша схема LM393 работает неправильно, проверьте следующее:

1. Неправильный подтягивающий резистор. Без подтягивающего резистора выход может не работать.
2. Плавающие входные контакты. Неподключенные входы могут привести к нестабильному поведению.
3. Недостаточное напряжение питания — убедитесь, что напряжение VCC находится в диапазоне 2–36 В.
4. Неправильное опорное напряжение — правильно отрегулируйте делитель напряжения.

Пакет LM393

Компаратор LM393 выпускается в корпусах DIP и SMD для различных конструкций печатных плат.

Заключение

LM393 — это важная ИС компаратора для обнаружения напряжения, сопряжения датчиков и управления питанием. Благодаря низкому энергопотреблению, широкому диапазону напряжений и выходу с открытым коллектором она остается универсальным выбором как для любителей, так и для профессионалов.