LM393: схема включения, аналоги компаратора и datasheet

Содержание

Микросхема lm393 является удвоенным дифференцированным компаратором от производителя Texas Instruments. У прибора — цельный корпус из пластика. Внутри него расположены 2 операционных усилителя lm393, которые никак не связаны друг с другом. Их основная задача — сравнивать друг с другом все аналоговые сигналы, которые поступают на их входы.

Итогом работы этих элементов является возникновение выходного напряжения, либо, наоборот, его нулевое значение.

Данная статья представляет собой обзор микросхемы, ее технических характеристик, схемы включения lm393 и ее работы на примере обычной настольной лампы.

Компараторы lm393

Изготавливаются в корпусах для поверхностной установки на плату в SO-8. Эта деталь маркируется следующим образом: lm393. Прайс-листы содержат наименование устройства с такими буквами в конце: DR, D.

По данным lm393 datasheet, микросхема может работать и от одинарного, и от двойного источника электропитания. Компаратор включается и начинает функционировать, как только стабильное напряжение подается на его контакты (Gnd и VCC). Сигналы, которые необходимо сравнить, поступают на усилители, оснащенные 3 контактами. Каждый из них обладает двумя входами и одним выходом.

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.

Чтобы lm393 работала стабильно, должна соблюдаться рабочая температура в диапазоне 0-70 градусов, перегрева быть не должно.

Наибольшая рассеиваемая мощность прибора ограничивается температурным корпусным сопротивлением.

lm393: аналоги

Новым прибором со схожими и усовершенствованными (в области температуры) характеристиками является двойной компаратор lm2903B.

Прибор есть во многих магазинах, правда, цена его значительно выше, чем lm393. Его средняя цена в точках продажи радиодеталей составляет около 90 рублей. Иногда устройство заменяют другими компараторами, например, lm2903, lm293. У них — немного меньшее напряжение и сила тока потребления, а вот другие параметры — почти такие же. Этим и объясняется указание наибольших технических показателей в единственном даташит.

Отечественные аналоги устройства — это два варианта, к1401Са3 и 1040са1. Но в настоящее время их крайне сложно купить. Они год за годом вытеснялись с отечественного рынка иностранными микросхемами.

lm393: включение

Рассмотрев схему подключения устройства, можно понять все этапы его работы. Ее сбор — под силу любому радиолюбителю. Для него понадобится несколько ключевых составляющих:

Фотографический резистор.
Два резистора с сопротивлением 33 000 и 330 Ом, соответственно.
Световой диод
3 батарейки 2А.
Потенциометр (1-20 кОм).

В указанной схеме задача компаратора состоит в сверке уровня приходящих сигналов с максимальной величиной, чтобы принимать решения о поступления электропитания на световой диод. А с помощью фотографического резистора можно изготовить небольшую ночную лампу. Ночью он светится, днём — гаснет.

Роль калибратора в данной конструкции принадлежит потенциометру. Он помогает в настройке сопротивления при включении/выключении светового диода в разное время суток. По итогам такого типа настройки становится возможным сравнение опорного электропитания и напряжения делителя, получаемого по линии подключения фотографического резистора и резистора с сопротивлением 33 кОм.

При попадании света на фотографический резистор, уровень его сопротивления опускается менее чем до 30 кОм. Получается, что значительная часть нагрузки остаётся простому резистору. В итоге, у входа конструкции, посредством резистивного делителя, напряжение будет ниже, чем опорное.

У выхода — более высокое напряжение, за счет которого световой диод гасится. В темное время суток у фотографического резистора — солидное сопротивление, поэтому он получит свою крупную часть нагрузки.

Напряжение, которое посылает резистивный делитель, больше, чем опорное. В итоге, у выхода конструкции оно сохраняется на низком уровне, что приводит к свечению диода.

Как работает схема (примеры)

По указанному принципу составляют датчик освещённости lm393. Это хороший пример взаимодействия lm393 и arduino.

В некоторых магазинах уже продаются уже собранные электронные модули. Их наименование содержит обозначение микросхемы.

Компаратор также используется для создания реле времени. Он является, по сути, усилителем, у которого есть инвертирующий и неинвертирующий входы, цифровой выход. К неинвертирующему входу поступает опорное напряжение, к инвертирующему — изменённое. Если значения сравниваются, у выхода устройства появляется так называемый сигнал «логической единицы».

Реле конструируют следующим образом. Опорное напряжение концентрируется на резисторах. Оно равно 40% этой величины от электропитания. Оно небольшое, поскольку на выходе компараторный транзистор не закрыт, а обратный резистор параллельно подключается к одному из основных.

У инвертирующего входа напряжение приближается к показателю питания, и с изменением заряда конденсатора оно падает. Когда оно достигает значения, меньшего, чем напряжение неинверторного входа, транзистор устройства закрывается.

При отсутствии параллельного соединения резисторов происходит увеличение опорного напряжения на 0,27. Это приводит к появлению гистерезиса lm393. Иными словами, при падении напряжения на конденсаторе, для нового переключения компаратора необходимо падение напряжения именно на эти 0,27 В.

Вычисление гистерезиса

Пересчитайте напряжение делителя при параллельном соединении двух резисторов. Их сопротивление высчитывается следующим образом:

Далее, высчитайте длительное напряжение:

А затем, считаем это напряжение без последнего резистора:

Гистерезисом будет являться разница вычисленных напряжений, равная как раз 0,27 В.

А как быть, если требуется зажигание светодиода строго через конкретный промежуток времени? Тогда поменяйте между собой R2 и R3, C1 и R1.

Рассмотрим все возможные варианты.

Реле (на компараторе) с инверсионным включением

Если питание отключается ненадолго, время считается не с первой минуты, поскольку разрядка конденсатора длится не быстро. Для ее ускорения желательно добавление диода.

Реле lm393 с одним диодом

Когда питание отключается, происходит разрядка конденсатора и питание схемы. Как правило, ток протекает через световой диод. Но чтобы компаратор не подпитывался от конденсатора, нужно добавление ещё одного диода

Реле lm393 с двумя диодами

Когда питание отключается, световой диод не загорается, но при этом конденсатор разряжается не так быстро, через резисторы.

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.

Изготовители

Как правило, у каждого производителя — свой datasheet. Помимо основной компании, которая уже была названа, устройство выпускают ON Semiconductor и ST Microelectronics.

Имея в арсенале простейшую микросхему lm393, которую можно купить на Алиэкспресс (по ссылке), в любом другом интернет-магазине или супермаркете радиоэлектроники, вы сможете увеличить срок службы многих электронных устройств.