LM393: komparator napięcia

Analogowy komparator napięcia to jeden z podstawowych układów scalonych. Służy do porównywania napięć, które wprowadzane są na jego wejścia. Na wyjściu komparatora znajduje się tranzystor z otwartym kolektorem. W zależności od napięć na wejściach, komparator przewodzi prąd – lub nie. Zobaczymy jak to działa na podstawie układu LM393.

LM393
LM393

LM393

Układ LM393 zawiera w sobie 2 komparatory oznaczone A i B.

lm393_03Każdy z tych komparatorów ma wyprowadzone 3 piny:

  • Wejścia A+/B+ (nieodwracające),
  • Wejścia A-/B- (odwracające),
  • Wyjścia A/B.

Zależnie od producenta i wersji, układ może być zasilany napięciem 2-36V. Taką też tolerancję posiadają wejścia komparatorów.

Wyjściowy tranzystor może przenieść maksymalnie 16mA (ang. output sink current).

Jak to działa?

Wyjście komparatora to taki rodzaj przełącznika. Zależnie od tego jakie napięcie przyłożone zostanie do A+ i A-, przełącznik jest „włączony” (zwarty do masy) – albo „rozwarty”. Wyjście A komparatora:

  • Będzie przewodzić prąd, gdy wartość napięcia na wejściu „A+” jest mniejsza od wartości napięcia na wyjściu „A-„,
  • Nie będzie przewodzić, gdy wartość napięcia na wejściu „A+” jest większa od wartości napięcia na wyjściu „A-„.

Tranzystor na wyjściach A/B przewodzi, gdy napięcie na A- jest większe od napięcia na A+.

Świetnie zilustrowano to tutaj:

lm393_02Wyjścia A i B komparatora to po prostu kolektory tranzystorów znajdujących się w środku komparatora. Jeżeli napięcie na wejściu A- jest większe od napięcia na wejściu A+, wyjście jest podłączane do masy i tranzystor może przewodzić prąd.  Jeżeli jest odwrotnie, tzn. napięcie na wejściu A+ jest większe niż A-, wyjście jest w stanie wysokim i prąd nie popłynie.

Przykładowe zastosowanie

Powyższą teorię możecie sprawdzić montując następujący układ:

Link do symulacji: tutaj

Na wejście odwracające (A-) podaję tu napięcie z dzielnika napięcia. Dzielnik skonstruowałem na dwóch rezystorach 4k7Ω, dzięki czemu napięcie zasilania 5V jest podzielone po połowie:
U_{wy}=U_{we} \cdot {R_2 \over {R_2 + R_1}}

gdzie R_1R_2 są takie same. Stąd:
U_{wy}=U_{we} \cdot {R \over {2 \cdot R}} = U_{we} \cdot {1 \over 2}

Stąd napięcie na wejściu odwracającym będzie 2.5V.

Potencjometr działa tu jako drugi dzielnik napięcia. Regulując pokrętłem możemy uzyskać wartości napięcia od blisko zera do blisko 5V – a więc poniżej i powyżej napięcia na pinie odwracającym. Dodatkowy rezystor ogranicza prąd. W zależności od ustawienia potencjometru, wyjście z komparatora będzie „przepuszczało” prąd – lub nie.

Do wyjścia A podłączyłem LED przez rezystor 360Ω. Jeżeli napięcie na wejściu nieodwracającym (A+) będzie niższe niż na odwracającym (A-) – wyjście A będzie w stanie niskim i różnica potencjałów między nim a zasilaniem 5V sprawi, że dioda będzie świecić.

Sam komparator zasilałem napięciem 12v. Generalnie zasilanie komparatora powinno być 1-2v wyższe niż porównywane przez niego napięcia.

Wartość napięcia zasilania samego komparatora nie ma tu specjalnego znaczenia (o ile znajduje się w dozwolonych granicach). Wyjście z układu nie jest od niego zależne.

Układ zmontowany na płytce stykowej wygląda tak:

Sterowanie diodą za pomocą komparatora LM393
Sterowanie diodą za pomocą komparatora LM393

A tu filmik, jak to działa:

W innym układzie użyłem tą kostkę do sterowania ciężarówką:

Tutaj układ składa się z 2 filtrów dolnoprzepustowych (podłaczonych do odbiornika). Wyjście z filtrów podłączyłem do komparatora. Dzięki temu mogę sprawdzić, kiedy drążek nadajnika wychyla się do góry – a kiedy do dołu.

Nie za dużo mocy!

Zgodnie z dokumentacją, LM393 przeniesie maksymalnie ok. 16mA natężenia prądu. Jest to ilość, która umożliwi zapalenie diody, pewnie uruchomienie brzęczyka (zależnie od rodzaju) – ale na niewiele więcej. Sam LM393 nie nadaje się więc do przełączania większych prądów. Ale do jego wyjścia zawsze możecie podłączyć kolejny tranzystor zdolny do przeniesienia większej mocy.

Źródła

Czym jest komparator
Kurs elektroniki II – komparator
Voltage Comparator Information And Circuits
How to build a votage comparator…

Dodaj komentarz