Lm339n схема включения как работает

Компаратор напряжения LM339N

Операционный усилитель представляет собой счетверенный компаратор напряжения, используемый в электронике для создания схем функциональных генераторов в устройствах автоматики и прочей техники.

Здесь вы сможете скачать DataSheet на популярную микросхему LM339N, а также посмотреть его подробные параметры и технические характеристики, в удобном формате PDF.

Справочник, распиновка LM339N

В микросборке LM339N, имеется целых четыре компаратора. Данная микросхема выпускается как в виде SMD-элемента, так и для монтажа в классическом DIP исполнении через отверстия на печатной плате. Назначение выводов у чипа LM339N в соответствии с рисунком выше.

Чип выпускается как в стандартной пластиковой упаковке для дырочного монтажа PDIP, и в смд вариантах для поверхностного монтажа – SOIC, SOP, SSOP. (подробней в справочнике по корпусам микросхем).

Основные технические параметры и свойства LM339N

Данную серию операционных усилителей нельзя применять в режиме линейного усиления как обычный ОУ. В основном они затачивались на роль электронного ключа, предъявляя ему немного другие параметры. Одним из главных, для LM339N — высокое быстродействие.

Максимальные параметры компаратора:

Ток на выходе до 20 мА
Постоянное питающее напряжение до 36 В (или ± 18 В)
Диапазон синфазного U от -0,3 В до +36 В
Дифференциальное U на входе (VIN) от -36 В до +36 В;
Максимальная температура которую способен выдержать кристалл до 150 градусов Цельсия

Остальные технические параметры смотри в справочном руководстве datasheet.

Принцип работы компаратора на LM339N

В основе работы каждого из четырех входящих в микросборку компараторов лежит простейший операционный усилитель, работающий в режиме переключателя с большой скоростью.

Рядовой компаратор имеет два входа, обозначаемые на принципиальных схемах знаками минус (инвертирующий) и плюс (неинвертирующий вход), и один выход. Для нормальной работы выход обязательно должен быть подсоединен к плюсу блока питания через подтягивающее сопротивление. Работает компаратор так. На инвертирующий вход подключают эталонное напряжение. Когда напряжение на втором входе больше эталонного, выход имеет высокое напряжение. Если же уровень на неинвертирующем входе ниже эталонного, выход имеет низкий уровень. Проще говоря, компаратор сравнивает два значения и на выходе определяет, какое из них больше. Входы компаратора можно применять и наоборот, тогда выход будет считаться инвертированным.

На практике компараторы LM339N чаще всего используют так:

В левой части схемы показан компаратор, чей выход подключен к неинвертирующему входу через резистор. Это — положительная обратная связь (ПОС). Благодаря ей можно добиться гистерезиса. То есть, если напруга на неинвертирующем входе будет колебаться в некотором интервале возле эталонного значения, выход компаратора не будет постоянно изменяться.

В правой части схемы выше, изображен двухпороговый компаратор. Если вход схемы, показанный на рисунке, как signal, имеет напряжение между low и high, на выходе схемы образуется высокий уровень. Иначе — низкий.

Компаратор на LM339N можно использовать в роли преобразователя уровня сигнала.

Аналоги микросхемы LM339N

Зарубежные KIA339, HA17339A, UPC339GR. Хуже по техническим параметрам, но в некоторых случаях можно использовать для замены: китайская SDP339 или узбекская К1401СА1 смотри datasheet на них.

Светодиодный индикатор уровня звука на операционном усилителе с ПОС LM339N

Основа схемы микросхема LM339N который представляет собой счетверенный компаратор. Напряжение идущее на вход индикатора удваивается при помощи диодов VD1 и VD2 и емкостей С1 и С2, далее оно следует на стабилизатор 78L05 применяемый для питания ОУ LM339N и на инверсные входы компараторов через делитель напряжения на резисторах R6 и R7. При помощи подстроечных резисторов R2-R5 каждый компаратор регулируется на срабатывание при любой требуемом уровне. При срабатывании компаратора загорается соответствующий светодиод.

Записки программиста

Ранее мы с вами познакомились с такими интегральными схемами, как таймер 555, счетчик 4026, логические вентили, а также сдвиговые регистры и декодеры. Теперь же пришло время узнать о компараторах. Несмотря на кажущуюся простоту, компараторы — куда более интересные устройства, чем может показаться на первый взгляд.

Крайне наглядная картинка, объясняющая работу компаратора, была найдена в книге Чарльза Платта Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. С некоторыми изменениями эта иллюстрация приведена ниже:

Внутреннее устройство компаратора

Компаратор имеет два входа, обозначаемые знаками минус (инвертирующий вход) и плюс (неинвертирующий вход), и один выход. Для нормальной работы выход компаратора обязательно должен быть подключен к плюсу источника питания через подтягивающий резистор. Почему нельзя было сделать это просто внутри микросхемы, скоро станет понятно.

Используется компаратор следующим образом. На инвертирующий вход подается эталонное напряжение. Когда напряжение на втором, неинвертирующем, входе больше эталонного, выход компаратора имеет высокое напряжение. Если же напряжение на неинвертирующем входе ниже эталонного, выход компаратора имеет низкое напряжение. Проще говоря, компаратор сравнивает два значения напряжения и на выходе говорит, какое больше. Входы компаратора можно использовать и наоборот, тогда выход компаратора будет инвертирован.

В качестве типичной микросхемы, содержащей внутри себя целых 4 компаратора, можно назвать LM339. Данный чип выпускается как в виде SMD-компонента, так и варианте для монтажа через отверстия. Распиновка у LM339 следующая:

Распиновка LM339

На практике компараторы чаще всего используют одним из следующих образов:

Примеры использования компаратора

Важно! По неудачному стечению обстоятельств, компаратор обозначается на схемах точно так же, как и операционный усилитель. Однако операционные усилители работают иначе, нежели компараторы, и их не следует путать. Определить, что именно используется в схеме, обычно можно по указанному названию чипа.

В левой части схемы изображен компаратор, чей выход соединяется с неинвертирующим входом через потенциометр или резистор. Это — так называемая положительная обратная связь. Благодаря ей достигается гистерезис. То есть, если напряжение на неинвертирующем входе будет колебаться в некотором коридоре возле эталонного, выход компаратора не будет постоянно изменяться. Если помните, триггер Шмитта (чип 74HC14) делает то же самое.

Что же касается правой части схемы, на ней изображена схема двухпорогового компаратора. Если вход схемы, обозначенный, как signal, имеет напряжение между low и high, на выходе схемы образуется высокое напряжение. В противном случае напряжение на выходе низкое.

На следующем фото изображена первая схема, собранная на макетной плате:

Пример использования LM339, собранный на макетке

Потенциометр слева задает напряжение на инвертирующем входе, а потенциометр справа — на неинвертирующем. Потенциометр по центру участвует в положительной обратной связи. Напряжение на обоих входах отображается при помощи миниатюрных цифровых вольтметров. Поскольку напряжение на неинвертирующем входе выше эталонного, светодиод, подключенный к выходу компаратора, горит.

Обратите внимание, что на входы неиспользованных компараторов также подается высокое и низкое напряжение. Это увеличивает надежность работы схемы и уменьшает потребляемую ею электроэнергию. Не имеет значения, на какой из входов подается высокое напряжение, а на какой — низкое. Главное, чтобы выход каждого отдельного компаратора был строго определен.

Вторую схему в собранном виде здесь я не привожу. Вам придется поверить мне на слово, что она работает.

Помимо всех озвученных выше, следует иметь в виду еще пару важных моментов:

Через компаратор не следует пропускать слишком большой ток. Ток больше 20 мА может его сжечь;
Напряжение на выходе компаратора может быть как выше, так и ниже напряжения на любом из входов. То есть, выход можно питать от совершенно другого источника питания. А питание на саму микросхему при этом может идти от третьего. Для правильной работы микросхемы нужно только, чтобы все эти источники имели общую землю;

Последнее обстоятельство позволяет использовать компаратор в качестве преобразователя уровня сигнала. Кроме того, теперь наконец-то стало ясно, зачем были все эти сложности со внешним подтягивающим резистором.

Вообще, компаратор можно рассматривать, как очень простой вольтметр или АЦП. В частности, с его помощью не представляет труда собрать индикатор уровня заряда Li-Ion аккумулятора. Если же у вас есть лишний фоторезистор (см заметку Мои первые страшные опыты с Arduino) или фототранзистор, на базе компаратора можно сделать датчик освещения. Если же вместо фоторезистора воспользоваться термометром типа TMP36, можно собрать устройство, управляющее кулером или кондиционером, способное регулировать температуру.

Наконец, компаратор можно использовать в качестве логического элемента НЕ, а также, если соединить выходы нескольких компараторов, в качестве И. Отсюда несложно получить ИЛИ, по форуме x || y = !(!x && !y) , ровно как и любую другую булеву функцию. Само собой разумеется, при желании можно придумать и другие применения.

Вы можете прислать свой комментарий мне на почту, или воспользоваться комментариями в Telegram-группе.

Индикатор температуры на четыре фиксированных уровня (LM339, LM325AH)

В некоторых случаях требуется определить, что температура какого-либо объекта находится в некоторых заданных пределах, либо не ниже или не выше определенного предела. Здесь предлагается схема очень точного четырехпорогового индикатора температуры со светодиодной индикацией.

Причем, пороги включения индикаторных светодиодов можно устанавливать для каждого светодиода произвольно и даже в любом порядке без какого-либо вторжения в схему прибора. Это можно даже сделать непосредственно на объекте, при помощи обычного мультиметра и отвертки для регулировки подстроечных резисторов. Дело в том, что данный прибор измеряет температуру с помощью датчика LM235AH, который, по сути является стабилитроном, напряжение стабилизации которого линейно зависит от температуры.

Принципиальная схема

Напряжение на датчике LM235AH в зависимости от температуры можно определить по формуле: U = (273 + t°C)0,01. Например, если температура 20°С, то напряжение будет: (273+20)0,01 =2,93V.

Принципиальная схема индикатора температуры на 4 уровня измерения

Рис. 1. Принципиальная схема индикатора температуры на 4 уровня измерения.

Если некий из светодиодов должен загораться при таком напряжении, то на соответствующей контрольной точке должно быть установлено подстроечным резистором именно такое напряжение. Просто, подключаем между этой контрольной точкой и общим минусом мультиметр в режиме вольтметра и подстроечным резистором устанавливаем напряжение, рассчитанное по выше приведенной формуле.

А теперь рассмотрим схему прибора. Основу прибора составляет микросхема LM339, в которой есть четыре одинаковых компаратора. На соединенные вместе инверсные входы компараторов поступает напряжение с датчика температуры VD2, поскольку датчик температуры LM235AH работает аналогично стабилитрону, то на него поступает ток от источника питания через резистор R6. Как уже сказано выше, напряжение на LM235AH непосредственно и линейно зависит от температуры среды, в которой находится датчик.

На прямые входы компараторов, каждому от своего, поступает напряжение от соответствующего подстроечного резистора R2-R5, а на них поступает напряжение от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и резисторе R1.

Напряжение, поступающее на прямой вход компаратора регулируется соответствующим переменным резистором и контролируется на соответствующей контрольной точке.

Например, если нужно чтобы светодиод HL2 загорался при превышении температуры 20°С, то нужно подключить мультиметр к контрольной точке КТ2 и подстроечным резистором R3 установить на ней напряжение 2,93В. Аналогичным образом на требующиеся значения температуры можно настроить и остальные компараторы.

Напряжение источника питания 9V, но это не критично, может быть от 6 до 30В, и может быть нестабильным, на точность прибора это никак не влияет, потому что точность зависит не от питания, а от стабильности напряжения на входах компараторов. Здесь напряжение на прямых входах стабилизировано стабилитроном VD1, а напряжение на датчике тоже стабильно и зависит только от температуры, а не от напряжения питания всей схемы. При использовании стабилитрона КС147А максимальная измеряемая температура +197°С.

Детали и конструкция

Данную схему можно питать и более низким напряжением. Например, может быть очень заманчиво использовать для её питания зарядное устройство-блок питания для «гаджетов», питающихся через USB-порт.

У таких блоков питания номинальное напряжение 5V. Но, в этом случае, стабилитрон VD1 должен быть на напряжение не более 4V. Например, КС139. В этом случае возможно питание от 5-вольтового источника, но максимальная измеряемая температура будет всего 117°С.

Если требуется большая точность задания порогов нужно чтобы подстроечные резисторы были многооборотными. Микросхему LM339 можно заменить любым аналогом, или даже собрать эту схему на четырех отдельных компараторах. Светодиоды можно заменить любыми индикаторными.

Если предполагается напряжение питания более 20V желательно несколько увеличить сопротивления резисторов R7-R10 чтобы не возникало перегрузки по току выходов компараторов. Монтаж был выполнен на макетной печатной плате, поэтому рисунок дорожек печатной платы у автора отсутствует.

Данный индикатор напряжения можно использовать и для управления каким-то внешним устройством в зависимости от температуры. Для этого достаточно светодиоды на каналах, на которых должно происходить управление, заменить оптопарами. Например, оптосимисторами или, так называемыми, твердотельными реле, включив их светодиоды вместо индикаторных.

Если датчик будет расположен на значительном удалении от платы индикатора, то соединение лучше сделать экранированным кабелем, и между соединенными вместе инверсными входами компараторов и общим минусом питания включить конденсатор на 0,01-0,1 мкФ.