LM393N - схема включения компаратора: как работает и особенности применения

Компараторы LM393 широко используются в схемотехнике благодаря простоте и надежности. Давайте разберемся, как правильно включить эту микросхему и на что обратить внимание при эксплуатации.

Обзор компаратора LM393N

Компаратор LM393N представляет собой микросхему, состоящую из двух независимых операционных усилителей. Они выполняют функцию сравнения двух аналоговых сигналов, поступающих на входы, и формируют выходной цифровой сигнал в зависимости от результатов сравнения.

Основные технические характеристики LM393N:

• Напряжение питания: 2,6-36 В
• Ток потребления: 0,6 мА
• Частота переключения: 1,5 МГц
• Входное сопротивление: 1,5 МОм

Благодаря широкому диапазону напряжения питания, малому энергопотреблению и высокой скорости работы, компаратор LM393N используется в самых разных схемах:

• Источники питания
• Измерительные приборы
• Устройства управления и регулирования
• Системы автоматики

Однако у LM393N есть и недостатки. К ним относятся:

• Высокий гистерезис (порядка 10 мВ)
• Зависимость характеристик от температуры

Поэтому при использовании данного компаратора следует учитывать перечисленные особенности.

Схемы включения LM393N

Рассмотрим типовые схемы подключения компаратора LM393N в зависимости от решаемых задач.

Сравнение напряжений постоянного тока

LM393N - схема включения компаратора: как работает? На неинвертирующий вход подается опорное напряжение Уоп, а на инвертирующий - сигнал для сравнения Увх. Если Увх больше Уоп, выход компаратора переключается в высокий логический уровень, а если меньше - в низкий.

Подбор резисторов R1 и R2 в данной схеме определяет чувствительность компаратора и гистерезис переключения. Их оптимальные значения:

• R1 = 10 кОм
• R2 = 100 кОм

Это обеспечивает достаточную точность сравнения при минимальном гистерезисе.

Генератор импульсов

Компаратор LM393N можно использовать как элемент генератора импульсов различной формы. На инвертирующий вход подается "пилаобразное" напряжение с конденсатора C1, которое сравнивается с опорным уровнем, заданным резистивным делителем R1-R2. В результате на выходе формируется периодическая последовательность прямоугольных импульсов нужной скважности.

Подбирая значения элементов R1, R2 и C1, можно получать импульсы в широком диапазоне частот и коэффициентов заполнения.

Использование в источниках питания

Благодаря высокому быстродействию и широкому диапазону напряжений питания, компаратор LM393N часто применяется в схемах источников питания для различных целей.

Стабилизатор напряжения

Одно из распространенных применений LM393N - использование в качестве элемента стабилизатора напряжения.

Компаратор сравнивает выходное напряжение стабилизатора Увых с опорным Уоп и управляет транзистором VT1, поддерживая Увых на заданном уровне. Благодаря высокой скорости LM393N стабилизатор эффективно компенсирует быстрые изменения входного напряжения.

Для улучшения точности стабилизации в схему добавлен эмиттерный повторитель на транзисторе VT2. Резисторы R1 и R2 задают требуемое выходное напряжение, а С1 - запас устойчивости для подавления высокочастотных пульсаций.

Защита от перенапряжений

Компаратор LM393N можно использовать и для защиты источников питания от перенапряжений.

При превышении выходным напряжением Увых заданного уровня, компаратор LM393 срабатывает и открывает транзистор защиты VT1. VT1 шунтирует выход источника питания, ограничивая напряжение на безопасном уровне, пока перенапряжение не спадет.

Таким образом обеспечивается надежная защита подключенных цепей от опасного превышения питающих напряжений.

Выключатель с задержкой

Для создания выключателя с задержкой удобно использовать компаратор LM393N, поскольку схема включения работает надежно.

При нажатии кнопки SB1 конденсатор C1 заряжается через резистор R1 и по достижении порогового напряжения компаратор LM393N выключает реле K1. Время срабатывания задается емкостью C1.

Такая схема устанавливается, например, в промышленных установках, где требуется плавное выключение мощного оборудования для предотвращения скачков напряжения.

Тестер аккумуляторов

Для контроля напряжения аккумуляторов удобно использовать компаратор LM393N.

В зависимости от уровня напряжения на аккумуляторе VT1 компаратор LM393N включает светодиоды разного цвета. Зеленый - напряжение в норме, желтый - пониженное, красный - критическое.

Схема позволяет быстро оценить состояние аккумулятора и своевременно поставить его на зарядку или замену. Простота и надежность схемы включения делает компаратор LM393N незаменимым в подобных применениях.

Реле напряжения

Для защиты оборудования от отклонений питающего напряжения используется реле напряжения на компараторе LM393N.

При выходе Упит за заданные пределы, компаратор LM393N срабатывает и отключает питание нагрузки Рн через реле K1. Верхний и нижний пороги задаются резистивными делителями R1-R2 и R3-R4.

Схема обеспечивает надежную защиту чувствительной аппаратуры от отклонений питающих напряжений. Быстродействие компаратора LM393N позволяет срабатывать в течение миллисекунд.