Lm393. описание, datasheet, схема включения, аналог

Наибольшие допустимые характеристики lm393

Наибольшие показатели главных величин — таковы:

Разброс питающего напряжения — от 0,3 до 36 Вольт.
Ток выхода — 20 миллиампер.
Диапазон температуры хранения — от -65 до 150 градусов Цельсия.
Период задержки — 300 наносекунд.

Но само существование приведенных максимальных параметров не говорит о том, что они допускаются при обычном режиме использования модуля lm393. Небольшие перепады не причиняют вреда устройству, но если хотя бы один из параметров будет серьёзно превышен, прибор не будет правильно работать.

На схеме lm393 — недопустимо выходное короткое замыкание, поскольку от него прибор перегревается и разрушается. В lm393 datasheet на русском содержится ряд рекомендаций. В частности, подключение lm393 к электропитанию с напряжению 30 В, — не желательно. Дело в том, что при нем установленное напряжение сдвига 5мВ уже не достигается.

Наибольшая рассеиваемая мощность прибора ограничивается температурным корпусным сопротивлением.

В каких корпусах выпускаются микросхемы

Корпус может быть как DIP8 – обозначение LM358N, так и SO8 – LM358D. Первый предназначен для реализации объемного монтажа, второй – для поверхностного. От типа корпуса не зависят характеристики элемента – они всегда одинаковы. Но существует немало аналогов микросхемы, у которых параметры немного отличаются. Всегда есть плюсы и минусы. Обычно, если у элемента большой диапазон рабочих напряжений например, страдает какая-либо другая характеристика.

Существует еще металлокерамический корпус, но такие микросхемы используют в том случае, если эксплуатация устройства будет происходить в тяжелых условиях. В радиолюбительской практике удобнее всего использовать микросхемы в корпусах для поверхностного монтажа

Они очень хорошо паяются, что имеет важное значение при работе. Ведь намного удобнее оказывается работать с элементами, у которых ножки имеют большую длину

↑ Список источников

1. Мосягин В.В. Секреты радиолюбительского мастерства. – М.: СОЛОН-Пресс. – 2005, 216 с. (с. 47 – 64). 2. Шустов М.А. Практическая схемотехника. 450 полезных схем радиолюбителям. Книга 1. – М.: Альтекс-А, 2001. – 352 с. 3. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Контроль и защита источников питания. Книга 4. – М.: Альтекс-А, 2002. – 176 с. 4. Низковольтная «мигалка». (За рубежом) // Радио, 1998, №6, с. 64. 5. Датагорская статья «Главный инструмент — паяльник!» 6. Датагорская статья «Пайка SMD деталей в домашних условиях» 7. Даташит на LM3909 8. Шумейкер Ч. Любительские схемы контроля и сигнализации на ИС. – М:.Мир, 1989 (схема 46. Простой индикатор разряда батареи, с. 104; схема 47. Маркер фалиня (мигающий), с. 105). 9. Генератор на LM3909 // Радиосхема, 2008, №2. 10. Nahrada obvodu LM3909 // Prakticka electronic A Radio, 2009, №6, с. 22. 11. Одинец А.Л. Необычное применение LM3909 // Радиоаматор, 2009, №12, с. 16. 12. Борисевич К. ИМС LM3909 в радиолюбительских конструкциях // Радиомир, 2010, №1, с. 19. 13. Discrete Version Of The LM3909 Oscillator IC 14. Белоусов О.В. Эквивалент ИМС LM3909 на деталях для поверхностного монтажа // Радиоаматор, 2011, №11, с. 34, 35.

Емкостной делитель напряжения

Простейший емкостной делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов и используется для снижения величины U на отдельных элементах электрической цепи.

Делитель постоянного напряжения на конденсаторах чаще всего применяют многоуровневых инверторов напряжения, широко используемых как на электроподвижном составе, так и в других направлениях силовой электроники.

Главная сложность практического применения такой схемы (и всех подобных схем) заключается в невозможности обеспечения равномерного разряда конденсаторов, вследствие чего напряжения на них будет распределяться не поровну. Чем сильнее разряжен один конденсатор по сравнению с другим (иди с другими), тем большая разница в U будет на них, что наглядно отображает формула:

По этой причине подобные схемы крайне нестабильно работают и обязательно предусматривают узлов подзарядки конденсаторов с целью выравнивания напряжения на последних.

Емкостной делитель напряжения в цепи переменного тока

В радиоэлектронике в большей степени находят применение емкостные делители переменного напряжения.

Конденсатор, как и катушка индуктивности, относится к реактивному элементу, то есть потребляет реактивную мощность от источника переменного тока, в отличие от резистора, который является активным элементов и потребляет исключительно активную мощность.

Реактивный элемент

Здесь следует кратко пояснить разницу между активной и реактивной мощностями. Активная мощность выполняет полезную работу и реализуется только в том случае, когда ток и напряжение направлены в одном направлении и не отстают друг от друга, то есть находятся в одной фазе, что имеет место только на резисторе. На конденсаторе ток отстает от напряжения на угол φ = 90°. В результате чего ток напряжение находятся в противофазе, поэтому когда ток имеет максимальное значение напряжение равно нулю, а произведение этих двух величин дают мощность, которая в таком случае равна нулю, так как один из множителей равен нулю. Следовательно, мощность не потребляется.

Аналогичные процессы протекают и в цепи с катушкой индуктивности. Разница лишь в том, что на индуктивности i отстает от u на угол φ = 90°.

Реактивная мощность проявляется только в цепях переменного тока. Она составляет часть полной мощности и определяется по формуле:

Реактивная мощность в отличие от активной, не потребляется нагрузкой, а циркулирует между источником питания и нагрузкой. Поэтому конденсатора и катушка индуктивности являются реактивными элементами, не потребляющими активную мощность и по этой причине они практически не нагреваются.

Расчет сопротивления делителя напряжения на конденсаторах заключается в определении необходимых значений сопротивлений.

Сопротивление конденсатора XC является величиной не постоянной и зависит от частоты переменного тока f и емкости C:

Как видно из формулы, сопротивление снижается с увеличением частоты и емкости. Для постоянного тока, частота которого равна нулю, сопротивление стремится к бесконечности, поэтому, рассматриваемая далее схема емкостного делителя напряжения не применяется постоянном токе.

Для снижения величины uвых, например в два раза, емкости C1 и C2 должны быть равны. Универсальные формулами для определения выходных uвых1 и uвых2 в зависимости от входного и емкостей C1 и C2 имеют вид, аналогичный для резисторных делителей:

Поскольку частота переменного тока для всех конденсаторов одинакова, то формулу можно упростить:

Индуктивный делитель напряжения

В качестве делителей переменного напряжения также, но гораздо реже, применяют катушки индуктивности, которые относятся к реактивным элементам. Однако, в отличие от конденсаторов, которые являются накопителями электрического поля, катушки индуктивности накапливают магнитное поле.

Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности L и частоты переменного тока f. С ростом этих параметров сопротивление катушки переменному току возрастает.

XL = 2πfL.

Упрощенный вариант формулы:

Как вы наверняка уже заметили, чтобы рассчитать емкостной делитель напряжения достаточно знать емкости конденсаторов, а индуктивный делитель – индуктивности.

Делитель напряжения на резисторах
Инвертор напряжения
Умножитель напряжения
Замена электролитического конденсатора

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.

Где еще используется микросхема

lm393 нередко становится основой для создания роботов. Они должны иметь определённую пространственную навигацию для ориентации в окружающей среде.

Система для определения места расположения робота может быть разной, например, GPS, акселерометры, гироскопы. У этих технологий — множество плюсов, но можно воспользоваться и простым доступным скоростным датчиком lm393. Он помогает измерять посредством платы Ардуино такие величины, как расстояние, пройденное роботом, быстроту его передвижения, поворотный угол. Зная эти характеристики, можно не опасаться за последствия передвижения робота.

Скоростной датчик lm393

В устройство входит интегрированный инфракрасный датчик скорости lm393 и микросхема компаратора. Он дополняется сетчатой градуированной пластиной, которую монтируют на крутящейся двигательной оси.

Устанавливать такие датчики — не совсем просто. Они монтируются не только на двигатели с осями, которые выступают по обеим сторонам. К одной стороне крепится колесо, к другой — сетчатая пластина.

Это крепление означает, что пластина с колесом находятся на одной и той же оси, а скорость их кручения — одинакова. А именно, при измерении скорости кручения пластины можно узнать этот показатель и для колеса.

Устанавливая, нужно удостовериться в попадании делений пластины в сферу работы инфракрасного датчика. Только по нему видно количество отверстий, проходящих сквозь него. Механическая часть датчика может быть устроена по-разному, в зависимости от желания радиолюбителя, при соблюдении основных условий.

Например, у градуированной пластины — 20 слотов. Значит, в период полноценного вращения колеса, с помощью инфракрасного датчика определяется 20 пропусков. Такие датчики устанавливаются на 2 колеса робота, поэтому его поворотный угол можно определить, правда, с погрешностью. Для повышения точности определения этой величины добавляют гироскоп.

Микросхема задействована еще в множестве устройств, например, микрофоном усилителе lm393.

Аккумулятор

Конструкция пригодится и автолюбителям

Ведь заряд каждой батареи очень важно поддерживать. Этот элемент имеет своё предельное напряжение

Если разрядит его ниже, батарея утратит значительную ёмкость, а значит, не будет выдавать ток нужной силы. Иными словами, придётся его утилизировать и приобретать другой.

Так вот, если вашем авто, мотоцикле или скутере — кислотно-свинцовый 12-вольтный аккумулятор, на основе lm293 можно собрать несложный идентификатор напряжения.

Схема с заданным номиналом сообщит вам об уровне напряжения на выводах аккумулятора с помощью 3 световых диодов. У них могут быть любые цвета, главное, чтобы они были яркими и ассоциативными.

Например, при загорании зеленого цвета напряжение аккумулятора находится на нормальном уровне, до 13 В, белого — выше этого значения, красного — около 11 В, когда батарею необходимо немедленно подзарядить.

Такой идентификатор потребляет не много токо, всего около 15 мА. В область разрыва можно установить тактовую кнопку, после чего батарея проверяется с помощью ее нажатия и выдаваемого света.

Главное — защитить плату от попадания воды и установить на АКБ.

Микросхема

Самая основная деталь в выбранной конструкции — микросхема. Это может быть как LM358, так и рассматриваемая LM393, а в ее центре есть 2 треугольных компаратора. Они работают по своему основному принципу, который мы описали в начале статьи.

В цепи присутствует и стабилитрон с обратным подключением. Анод подключён к участку со знаком «-«, катод — «+». Существует определённое значение тока, при котором он стабильно работает. Это значение различается для стабилитронов разных мощностей. Ток можно регулировать с помощью резистора.

Схема не обходится без делителя напряжения, в который входят 3 резистора с разными значениями. Каждый из них может подавать напряжение на инвертирующий выход.

Программирование и компаратор

Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.

Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету. Создаете новый проект, в структуре выберете два компонента: comparator и pojo. Наличие проверяется при помощи утилиты JUnit 4.11;
Установите pom.xml и создайте новый файл

Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки

Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.

Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

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.

Обозначение и технические характеристики

Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.

УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:

Фото – УГО компаратора

Изначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания. Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.

Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.

Фото – Компаратор

Помимо простого прибора, также существует видеоспектральный компаратор на ОУ (операционном усилителе). Это прибор, у которого очень тонко сбалансирована разница входа и высокого сопротивления сигнала. Благодаря такой характеристики, операционный компаратор используется в низкопроводимых схемах с небольшим вольтажем.

Фото – схема компаратора

В теории, частотный операционный усилитель работает в конфигурации с открытым контуром (без отрицательной обратной связи) и может быть использован в качестве компаратора низкой производительности. Но при этом, не инвертирующий вход (+ V) находится на более высоком напряжении, чем на инвертирующий (V-). Высокое усиление, выходящее из операционного усилителя, провоцирует выход низкого напряжения на входе в устройство.

Когда неинвертирующий вход падает ниже инвертирующего входа, выходной сигнал насыщается при отрицательном уровне питания, то он все равно может проводить импульсы. Выходное напряжение ОУ ограничивается только напряжением питания. Принципиальная электрическая схема ОУ работает в линейном режиме с отрицательной обратной связью, с помощью сбалансированного сплит-источника питания (питание от ± V S ). Многие приборы, работающие с компаратором, также имеют свойство фиксировать полученные данные при помощи видео-, фото- или документальной записи. Эти электронные принципы не работают в системах, где используются разомкнутые контуры и низкопроводящие элементы.

Фото – простой компаратор

Но у компараторного усилителя существует несколько существенных недостатков:

Операционные усилители предназначены для работы в линейном режиме с отрицательной обратной связью. Но при этом, ОУ имеет более длительный режим восстановления;
Почти все операционные усилители имеют конденсатор внутренней компенсации, который ограничивает скорость нарастания выходного напряжения для высокочастотных сигналов. Исходя из этого, данная схема немного задерживает импульс;
Компаратор не имеет внутреннего гистерезиса.

Из-за этих недостатков, компаратор для управления различными схемами, в большинстве случаев, используется без усилителя, исключением является генератор.

Компаратор предназначен для производственных процессов с ограниченным выходным напряжением, которое легко взаимодействует с цифровой логикой. Поэтому его часто используются в различных термических приборах (терморегулятор, реле температуры). Также его применяют для сравнения сигналов и сопротивлений таких устройств, как таймер, стабилизатор и прочая схемотехника.

Фото – аналоговый компаратор

Видео: компараторы

Обдумывание деталей

Парадокс нулевого входа

Мне не нравится, когда кто-то говорит мне, что применение коэффициента усиления к сигналу 0 В приводит к выходному напряжению 2,5 В. Я еще в школе узнал, что ноль, умноженный на любое значение, всё равно равен нулю. Идеальный операционный усилитель – это дифференциальный усилитель, а его входной сигнал (т.е. Vвх+ –Vвх–) равен нулю. Таким образом, идеальный операционный усилитель выдает нулевое выходное напряжение при любых условиях… а такое устройство не кажется очень полезным.

Конечно, здесь это предположение рушится. Вы не можете использовать виртуальное короткое замыкание для определения Vвых, основываясь на обычной работе разомкнутой петли обратной связи операционного усилителя. Скорее, виртуальное короткое замыкание – это инструмент, который мы используем, когда операционный усилитель реализуется в контексте отрицательной обратной связи. Например, когда мы анализируем стандартный неинвертирующий усилитель, предположение о виртуальном коротком замыкании (в сочетании с предположением о нулевом входном токе) позволяет нам получить выражение для коэффициента усиления с замкнутой петлей обратной связи, как будто операционного усилителя даже нет.

Рисунок 3 – Неинвертирующий усилитель

Когда я смотрю на эту схему, мой разум естественным образом игнорирует треугольник. Коэффициент усиления операционного усилителя охвачен предположением о виртуальном коротком замыкании, и из-за этого треугольник похож на камень, брошенный в поток воды. Ток просто обтекает вокруг него.

Вход является входом или выходом?

Если вы соедините с землей инвертирующий вход операционного усилителя и подадите сигнал 1 В на неинвертирующий вход, выходной сигнал будет подтягиваться к положительной шине питания (или близко к ней), а разница между Vвх+ и Vвх– составит 1 В. В этом нет ничего удивительного; высокий коэффициент усиления устройства без обратной связи выводит выходное напряжение на максимальное значение, а входное напряжение остается на уровне 1 В.

Когда мы начинаем говорить о виртуальном коротком замыкании, ситуация становится не такой простой. Похоже, что операционный усилитель использует свой высокий коэффициент усиления для согласования входных напряжений. Например, в инвертирующей схеме один вход соединен с землей, а другой получает входной сигнал, но затем операционный усилитель решает, что эти два напряжения должны быть одинаковыми. Что на самом деле здесь происходит?

Опять же, предположение о виртуальном коротком замыкании – это то, что существует в контексте усилителя с отрицательной обратной связью. В инвертирующей схеме инвертирующий вход подключается не только к входному сигналу (через резистор), но также и к выходу (через резистор). Выходное напряжение влияет на напряжение на инвертирующем входе, а коэффициент усиления ОУ влияет на выходное напряжение, и это приводит к моим заключительным утверждениям относительно того, что на самом деле представляет собой виртуальное короткое замыкание:

наличие цепи отрицательной обратной связи устанавливает отношение «вход-к-выходу»/«выход-к-входу»;
разница между Vвх+ и Vвх– должна соответствовать коэффициенту усиления с обратной связью, определяемому цепью отрицательной обратной связи;
таким образом, схема естественным образом создает ситуацию, в которой разница между инвертирующим и неинвертирующим входными напряжениями очень мала, потому что единственный способ получить обычное выходное напряжение от дифференциального усилителя с чрезвычайно высоким коэффициентом усиления заключается в том, чтобы иметь очень маленькое дифференциальное напряжение.

Простые конструкции

На практике компараторы напряжения нашли широкое применение в радиоэлектронных схемах различного направления. В радиомагазинах можно встретить довольно большое количество различных микросхем. Но наиболее часто используемыми микросхемами среди радиолюбителей являются:

LM311;
К554СА3;
LM339;
MAX934.

К выходу устройства может подключаться любая нагрузка с током потребления, обычно не превышающим 50 мА. Это может быть реле, резистор, светодиод, оптрон или любые исполнительные устройства, но с ограничивающими ток элементами. А также возможно подключить и индуктивную нагрузку, но она обычно в этом случае шунтируется диодами. Для работы устройства применяются источники питания с выходным напряжение 5−36 вольт.

Фотореле контроля

Такое реле собирается навесным монтажом. Его можно использовать в охранной системе или для контроля уровня освещённости. Работа схемы заключается в следующем. Входное напряжение поступает на делитель, состоящий из R1 и фотодиода VD3. Их общая точка соединения через ограничительные диоды VD1 и VD2 подключается к входам компаратора DA1. В результате этого разница потенциалов на входе устройства отсутствует, а значит, и чувствительность прибора максимальная.

Для того чтобы сигнал на выходе инвертировался, понадобится создать разницу на входе всего в один милливольт. Из-за того, что к инверсному входу подключён конденсатор С1 и резистор R1, величина напряжения на нём будет возрастать с небольшой задержкой, равной времени заряда конденсатора.

Но этого времени хватит, чтобы на выходе появилась логическая единица, которая перестроит режим работы реле подключённого в качестве нагрузки. Как только освещение опять поменяется, ситуация повторится. Таким образом, направив фотореле на какое-то место, в случае изменения его освещённости на входах компаратора появится разность напряжения. Соответственно будет изменяться и работа реле, к которому может подключаться различного рода нагрузка.

Зарядный блок

Выполненный блок питания из исправных элементов начинает работать сразу. Его настройки сводятся лишь к установке номинального тока заряда и порогов срабатывания компаратора. При включении устройства загорается зелёный светодиод, обозначающий подачу питания. Во время зарядки должен же постоянно светиться красный светодиод, который потухнет, как только аккумулятор зарядится.

Подаваемое напряжение от блока питания регулируется R2, а ток зарядки выставляется R4. Настройка происходит с помощью резистора на 150 Ом, включающегося параллельно контактам держателя батарейки. Сам аккумулятор в него не ставится. Транзистор VT1 устанавливается на радиатор, вместо него можно использовать аналог КТ814Б.

Такую схему придётся собирать на печатной плате, но в итоге её размер не должен превысить 50 х 50 мм.

Можно собрать схему попроще, используя принцип работы стабилизатора тока. Подача опорного напряжения на вход LM358 происходит через стабилитрон. Второй вход микросхемы подключается после датчика тока. Если к выходу компаратора подключить разряженный аккумулятор, то в цепи начнёт возрастать ток, а часть напряжения упадёт на низкоомном резисторе.

Между двумя входами микросхемы возникнет разность напряжения. Схема начнёт компенсировать это различие, увеличивая силу тока на выходе. В процессе заряда аккумулятора напряжение на входе начнёт уменьшаться, что приведёт к снижению тока в цепи. Как только батарея зарядится, транзистор VT1 закроется и нагрузка отключится. Ток заряда же ограничивается с помощью изменения сопротивления R1.

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение UВЫХ изменяется от UНАС+ до UНАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).

Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ UПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит UВЫХ ≈ ±14 В (UНАС+ ≈ +14 В, а UНАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.

Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже

Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.

Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (UВХ ОП), то выходное напряжение UВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона UСТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (UВЫХ = UСТ).

В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.

Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: UВЫХ1 = UСТ (при отсутствии ограничения UНАС+) или UВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения UНАС-).

Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже

Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.

В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.

При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве UНАС+ необходимо использовать UСТ (когда используется один стабилитрон) или UСТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо UНАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или UСТVD2 (при двухстороннем ограничении).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Прошло почти два года с тех пор, как я пытался приручить операционный усилитель УД708 для сравнения двух сигналов. Знаний тогда было мало, поэтому времени уходило много, а главное — еще и безрезультатно. Но в итоге для своей задачи я смог «договориться» с компаратором LM393N. А на днях перебирал поделку, в которой впервые использовал эту микросхему, и решил вспомнить, как работает компаратор. Заодно и другим рассказать. Компаратор — это устройство, сравнивающее два аналоговых сигнала. В самом простом случае — операционный усилитель без обратных связей. На входы ему подаются два напряжения — эталонное, оно же опорное (известно заранее) и измеряемое. На выходе возможны два состояния:

«1» — когда напряжение на прямом входе больше, чем на инвертирующем; «0» — когда напряжение на прямом входе меньше, чем на инвертирующем.

Некоторые компараторы самостоятельно формируют уровни логических нуля и единицы (например, «ноль» — это ноль, «единица» — плюс пять вольт), но LM393 — с открытым коллектором. Ей для создания выходного напряжения нужен внешний резистор, подключающийся либо к «плюсу» питания, либо к другому «плюсу» (в разумных пределах, конечно).

Первые две схемы — каноничное включение нагрузки под открытый коллектор. Я подключал внешний резистор к питающему «плюсу».

Электрические параметры

Данные действительны при температуре воздуха 25°С.

Параметр	Обозн.	Мин.	Тип.	Макс.	Ед. изм.
Разница входных напряжений смещения V_CC = 5…30 V, T_A = 25°C	V_IO		2	7	mV
Средний температурный коэффициент V_IO, при T_A = T_high…T_low	ΔV_IO/ΔT		7		µV/°C
Разница входных токов смещения	I_IO		5	50	nA
Входной ток смешения	I_IB		-45	-250	nA
Средний температурный коэффициент I_IO	ΔI_IO/ΔT		10		pA/°C
Максимальное значение входного синфазного напряжения при напряжении питания 30 V	V_ICR		28,3		V
Дифференциальное входное напряжение	V_IDR			V_CC	V
Коэффициент усиления большого сигнала с разомкнутой обратной связью	A_VOL	25	100		V/mV
Коэффициент разделения каналов 1,0 kHz ≤ f ≤ 20 kHz	CS		-120		dB
Коэффициент подавления синфазного сигнала	CMR	65	70		dB
Подавление помех в цепи питания	PSR	65	100		dB
Верхний предел выходного напряжения V_CC = 5.0 V	V_OH	3,3	3,5		V
V_CC= 30 V	27	28
Нижний предел выходного напряжения V_CC = 5.0 V	V_OL	5	20		mV
Выходной ток – нагрузка на землю VCC = 15 V	I_{O +}	20	40	—	mA
Выходной ток – нагрузка на плюс источника питания
V_CC= 15 V		10	20		mA
V_O = 200 mV		12	50		µA
Ток короткого замыкания на землю	I_SC		40	60	mA
Ток потребления микросхемы					mA
V_CC = 30 V			1,5	3
V_CC = 5 V			0,7	1,2