LM393系列比较器：特性、应用及使用指南
LM393系列比较器：特性、应用及使用指南
LM393系列比较器是电子工程领域中非常经典且常用的双比较器芯片。本文将详细介绍LM393、LM393B、LM2903B、LM193、LM293和LM2903等型号的特性、应用及使用注意事项，帮助读者更好地理解和使用这些比较器。
图1：LM393 SOP8封装的外观与丝印
集电极开路输出比较器
LM393系列比较器采用集电极开路输出设计，这意味着它们无法直接输出高电平信号，必须通过上拉电阻来实现高电平输出。
比较器应用仿真
比较器的工作原理很简单：当正相输入（IN+）电压大于反相输入（IN-）电压时，输出为高电平；反之则输出为低电平。在实际应用中，通常会在IN+或IN-端接入基准电压，另一端接入需要比较的信号源。
LM393系列比较表
下表列出了LM393系列各型号的主要参数对比：
规格 | LM393B | LM2903B | LM393/LM393A | LM2903 | LM2903V/LM2903AV | LM193 | LM293/LM293A | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
电源电压 | 2 至 36 | 2 至 36 | 2 至 30 | 2 至 30 | 2 至 32 | 2 至 30 | 2 至 30 | V |
总电源电流（5V 至 36V 最大值） | 0.6 至 0.8 | 0.6 至 0.8 | 1 至 2.5 | 1 至 2.5 | 1 至 2.5 | 1 至 2.5 | 1 至 2.5 | mA |
温度范围 | -40 至 85 | −40 至 125 | 0 至 70 | −40 至 125 | −40 至 125 | -55 至 125 | -25 至 85 | °C |
ESD (HBM) | 2000 | 2000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | V |
失调电压（整个温度范围内的最大值） | ±4 | ±4 | ±9/±4 | ±15 | ± 15/ ± 4 | ±9 | ±9/ ±4 | mV |
输入偏置电流（典型值/最大值） | 3.5/25 | 3.5/25 | 25/250 | 25/250 | 25/250 | 25/100 | 25/250 | nA |
响应时间（典型值） | 1 | 1 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 微秒 |
特性
- 新增了LM393B和LM2903B
- 改进了B版本的规格：
- 最大额定值：高达38V
- ESD等级（HBM）：2kV
- 低输入失调电压：0.37mV
- 低输入偏置电流：3.5nA
- 低电源电流：每个比较器200µA（LM393为0.6毫安）
- 更短的响应时间（1微秒）
- LM393B的工作温度范围
- 采用2x2mm微型WSON封装
- B版本可直接取代LM293、LM393和LM2903的A和V版本
- 共模输入电压范围包括接地
- 差分输入电压范围等于最大额定电源电压：±38V
- 低输出饱和电压
- 输出与TTL、MOS和CMOS兼容
应用
- 扫地机器人
- 单相UPS
- 服务器PSU
- 无绳电动工具
- 无线基础设施
- 电器
- 楼宇自动化
- 工厂自动化与控制
- 电机驱动器
- 信息娱乐系统与仪表组
说明
LM393B和LM2903B是业界通用LM393和LM2903比较器系列的下一代版本。下一代B版本比较器具有更低的失调电压、更高的电源电压能力、更低的电源电流、更低的输入偏置电流和更低的传播延迟，并通过专用ESD钳位提高了2kV ESD性能和输入耐用性。LM393B和LM2903B可直接替代LM293、LM393和LM2903（“A”和“V”版本）。所有器件都包含两个独立的电压比较器，这些比较器可在宽电压范围内由单电源供电运行。静态电流不受电源电压的影响。
引脚配置和功能
图5-1展示了LM393的引脚定义：
表5-1列出了各引脚的功能：
名称 | SOIC、VSSOP、PDIP、SO、DDF和TSSOP | DSG | IO | 说明 |
|---|---|---|---|---|
1OUT | 1 | 1 | 输出 | 比较器1的输出引脚 |
1IN- | 2 | 2 | 输入 | 比较器1的负输入引脚 |
1IN+ | 3 | 3 | 输入 | 比较器1的正输入引脚 |
GND | 4 | 4 | — | 接地 |
2IN+ | 5 | 5 | 输入 | 比较器2的正输入引脚 |
2IN- | 6 | 6 | 输入 | 比较器2的负输入引脚 |
2OUT | 7 | 7 | 输出 | 比较器2的输出引脚 |
VCC | 8 | 8 | — | 正电源 |
散热焊盘 | — | PAD | — | 直接连接到GND引脚 |
详细说明
概述
这些双路比较器能够在电源引脚上的电压高达36V（对于“B”版本为38V）绝对最大值的情况下运行。这些器件已经证明可广泛应用于各种应用。这是因为这些器件具有非常宽的电源电压范围、低Iq和快速响应。
利用开漏输出，用户可以配置输出的逻辑高电压(VOH)，并可使比较器用于与功能。
特性说明
该比较器由一个PNP达林顿对输入组成，允许该器件以非常高的增益和快速响应以及很小的输入偏置电流运行。输入达林顿对限制了输入共模电压能力，允许比较器在接地至VCC-1.5V的输入下准确运行。在低温下允许VCC-2V。
输出由一个漏极开路NPN（下拉或低侧）晶体管组成。当负输入电压高于正输入电压和失调电压时，输出NPN灌入电流。VOL是电阻性的，并且与输出电流成比例。有关相对于输出电流的VOL值，请参阅图6-3。
器件功能模式
该器件仅用作电压比较器，比较正负引脚之间的差分电压，并根据输入差分极性输出逻辑低阻抗或高阻抗（带上拉的逻辑高电平）。
应用和实施
该器件通常用于将单个信号与基准进行比较，或将两个信号相互比较。许多用户利用漏极开路输出将比较逻辑输出驱动至MCU或逻辑器件的逻辑电压电平。宽电源电压范围和高电压能力使该比较器非常适合到更高或更低电压的电平转换。
电源相关建议
对于具有噪声或交流输入的快速响应和比较应用，TI建议在电源引脚上使用一个旁路电容器来抑制电源电压的任何变化。这种变化会侵蚀比较器的输入共模范围，并产生不准确的比较结果。
输入电压范围
选择输入电压范围时，必须将输入共模电压范围(VICR)考虑在内。如果温度范围低于25°C，则VICR范围为0V至VCC-2.0V。这会将输入电压范围限制为最高VCC-2.0V、最低0V。超过此范围运行会导致对比不准确。
以下是输入电压情况及其输出的列表：
- 当IN-和IN+都在共模范围内时：
- 如果IN-高于IN+和失调电压，则输出为低电平，而且输出晶体管会灌入电流
- 如果IN-低于IN+和失调电压，则输出为高阻抗，输出晶体管不导通
- 当IN-高于共模且IN+处于共模范围内时，输出为低电平，输出晶体管灌入电流
- 当IN+高于共模且IN-处于共模范围内时，输出为高阻抗，输出晶体管不导通
布局
对于没有迟滞的精确比较器应用，务必保持电源稳定，并将噪声和干扰降至最低。为此，最好在电源电压和接地之间添加一个旁路电容器。这应该在正电源和负电源（如果可用）上实现。如果不使用负电源，请勿在IC的GND引脚和系统接地之间放置电容器。
尽量减少输出和反相输入之间的耦合，以防止输出振荡。除非输出和反相输入引线之间存在VCC或GND引线，否则请勿并行布置输出和反相输入引线，以减少耦合。向输入端添加串联电阻时，将电阻器放在靠近器件的位置。