Управляемые оконные компараторы

Аналоги

Аналогами LM358 можно считать микросхемы в которых  указываются идентичные характеристики. К таким относятся: LM158, LM258, LM2904, LM2409. Эти микросхемы незначительно отличаются от описываемой своими тепловыми параметрами и подойдут в качестве замены для большинства проектов.

Для ее замены можно использовать: GL 358, NE 532, OP 04, OP 221, OP 290, OP 295, OPA 2237, TA7 5358-P, UPC 358C, AN 6561, CA 358E, HA 17904. Отечественные аналоги lm358: КР 1401УД5, КР 1053УД2, КР 1040УД1.

Для замены также может подойти аналог по электрическим параметрам, но уже c четырьмя ОУ в одной микросхеме — LM324.

Статус

Принципиальная схема

Рассматриваемая принципиальная схема индикатора уровня заряда представляет собой простейшее устройство, отображающее уровень заряда аккумулятора (АКБ) на 12 вольт. Её ключевым элементом является микросхема LM339, в корпусе которой собрано 4 однотипных операционных усилителя (компаратора). Общий вид LM339 и назначение выводов показан на рисунке. Прямые и инверсные входы компараторов подключены через резистивные делители. В качестве нагрузки используются индикаторные светодиоды 5 мм.

Диод VD1 служит защитой микросхемы от случайной смены полярности. Стабилитрон VD2 задаёт опорное напряжение, которое является эталоном для будущих измерений. Резисторы R1-R4 ограничивают ток через светодиоды.

Аналог LM324

Список импортных аналогов LM324: ULN4336N, GL324, LA6324, IR3702, HA17324, MB3614, NJM2902D, SG324N, TDB0124, UA324, TA75902P, российские 1401УД2  и 435УД2.

Сфера применения

Наибольшую популярность LM324 нашел, с применением типовых схем отрицательной обратной связи. Его применяют при создании различных многофункциональных устройств: интеграторах, дифференциаторах, демодуляторах, логарифмических усилителях, сумматорах, суммирующе-вычитающих устройств, амплитудных регуляторах, генераторах и др. В связи с постоянным совершенствованием рассматриваемого устройства,  появляются множество различных приборов использующих lm324, например:

• ИБП;
• схема датчика движения для освещения;
• схема терморегулятора инкубатора Нептун и дт.

Включение 4

Измеряемое напряжение подается на инвертирующий вход, опорное — на прямой.

Пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на прямом, компаратор выдает «ноль», и светодиод не горит. Иначе — «единица».

Вообще, лучше, конечно, пользоваться первыми двумя общепринятыми схемами, чтобы не было путаницы.

Еще один важный момент — подключение нагрузки (светодиода) к другому напряжению (как мог, изобразил 24 вольта). Справедливо для любого из ранее изображенных включений.

О нагрузке. В даташите о максимальном токе коллектора сказано, что больше 6-20 мА микросхема не выдаст. То есть включить один светодиод — не проблема, а вот что побольше…

Кусок светодиодной ленты, подключенный прямо к выходу компаратора (по третьей или четвертой схеме, без резистора R3) светил слабо (1 мА). Пришлось поддать напряжения до 12 вольт, и тогда ток коллектора вырос до 14 мА. При подключении ленты напрямую к блоку питания — 32 мА. Таким образом, как ни крути, а максимум, что можно получить конкретно от этой LM-ки — 14 мА.

Вывод — что-то прожорливое есть смысл пускать через транзистор, загнанный в ключевой режим. При этом каскаду с общим эмиттером, инвертирующему сигнал, как нельзя лучше подойдет третья или четвертая схемы включения. Ведь если сигнал инвертировать дважды — получится опять исходный сигнал.Например, на прямом входе компаратора «единица» (по привычной логике — на прямом входе напряжение больше, чем на инвертирующем). Третья схема сделает из нее «ноль» на выходе. А каскад с общим эмиттером, «перевернув» этот «ноль», опять даст «единицу».

Стрелка цепляется к выходу компаратора (R1 — это R3 из предыдущей схемы). R2, возможно, придется подобрать: если он будет слишком маленьким, то транзистор может сгореть, а если слишком большим — не откроется (можно попробовать 4,7 кОм). При подаче «единицы» в базе транзистора должно быть примерно 0,7 В (для кремния). К R3 тоже есть вопросы, но слишком малым и он не должен быть.

Моделирование. Когда на входе «ноль» (а «ноль» третьей и четвертой схемы — это в нормальном включении «единица»), то на выходе — «единица», светодиод работает. С чего начали, к тому и пришли — «единица» опять стала сама собой.

Теперь, когда на входе «единица», то на выходе «ноль». Вот она, знаменитая инверсия каскада с общим эмиттером!

А если включать нагрузку в коллектор транзистора, то «единицы» и «нули» по входу и выходу будут совпадать.В общем, простор для творчества — колоссальный.

Микросхема LM393 имеет в своем корпусе два независимых компаратора напряжения. Компаратор LM393 может работать, как от однополярного источника питания в широком диапазоне напряжений, так и от двухполярного источника. При использовании двухполярного — разница между потенциалами должна составлять от 2 В до 36 В.

Ток потребления компаратора не зависит от напряжения питания

Необходимо обратить внимание, что данный компаратор имеет выход с открытым коллектором

Ключевая особенность LM393

• Широкий диапазон напряжения питания: 2…36 В или ±1…±18 В
• Очень низкий ток потребления (0,45 мА)
• Низкий входной ток смещения: 20 нА
• Низкий входной ток смещения: ± 3 нА
• Низкое входное напряжение смещения: ± 1 мВ тип
• Низкое выходное напряжение насыщения: 80 мВ
• TTL, DTL, ECL, MOS, CMOS совместимые выходы
• Компаратор LM393 доступен в корпусе: DFN8 2х2, MiniSO8, TSSOP8 и SO8

Application Notes

• AN-286 Applications of the LM392 Comparator Op Amp IC (Rev. B)

  PDF, 462 Кб, Версия: B, Файл опубликован: 26 апр 2013This application note discusses the uses of the LM339 quad comparator and the LM324 op amp areamong the most widely used linear ICs today. The combination of low cost, single or dual supply operationand ease of use has contributed to the wide range of applications for these devices.

• AN-288 System-Oriented DC-DC Conversion Techniques (Rev. B)

  PDF, 833 Кб, Версия: B, Файл опубликован: 6 май 2013This application note discusses the operation of system-oriented DC-DC conversion techniques.

• Designing Overcurrent protection for TPL7407L Peripheral Driver

  PDF, 177 Кб, Файл опубликован: 5 ноя 2014Microcontroller units (MCUs) are generally limited with lower drive on the I/Os. Most of the applicationsrequiring MCU boards to drive high-current loads need discrete implementation and additional components which use a lot of board space. This board space is called a peripheral driver section. The TPL7407L device is an integrated peripheral driver with seven channel drivers inside. The TPL740

Datasheets

ProductFolder Sample &Buy Support &Community Tools &Software TechnicalDocuments LM139-N, LM239-N, LM2901-N, LM3302-N, LM339-NSNOSBJ3E – NOVEMBER 1999 – REVISED DECEMBER 2014 LMx39-N, LM2901-N, LM3302-N Low-Power Low-Offset Voltage Quad Comparators1 Features 3 Description The LMx39-N series consists of four independentprecision voltage comparators with an offset voltagespecification as low as 2 mV maximum for all fourcomparators. These comparators were designedspecifically to operate from a single power supplyover a wide range of voltages. Operation from splitpower supplies is also possible and the low powersupply current drain is independent of the magnitudeof the power supply voltage. These comparators alsohave a unique characteristic in that the inputcommon-mode voltage range includes ground, eventhough they are operated from a single power supplyvoltage. 1 Wide Supply Voltage RangeLM139/139A Series 2 to 36 VDC or В±1 to В±18 VDCLM2901-N: 2 to 36 VDC or В±1 to В±18 VDCLM3302-N: 2 to 28 VDC or В±1 to В±14 VDC …

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

Принципиальная схема «компаратор напряжения» эквивалентна работе операционного усилителя, например, LM358 или LM324, имеющим на выходе два транзистора типа NPN (см. выше). Таким образом, можно сделать все 4 выхода ОУ (LM339) с открытым коллектором. Каждый такой выход может выдерживать ток нагрузки 15 мА и напряжение до 50 вольт.

Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на плюсовом (+) и минусовом (-) входах компаратора. Входы компаратора крайне чувствительны и разница напряжения между ними всего лишь в несколько милливольт приводит к переключению его выхода.

Datasheets

ProductFolder Sample &Buy Support &Community Tools &Software TechnicalDocuments LM139, LM239, LM339, LM139ALM239A, LM339A, LM2901, LM2901AV, LM2901VSLCS006T – OCTOBER 1979 – REVISED JUNE 2015 LMx39x, LM2901xx Quad Differential Comparators1 Features 3 Description The LMx39x and the LM2901xx devices consist offour independent voltage comparators that aredesigned to operate from a single power supply overa wide range of voltages. Operation from dualsupplies also is possible, as long as the differencebetween the two supplies is 2 V to 36 V, and VCC isat least 1.5 V more positive than the input commonmode voltage. Current drain is independent of thesupply voltage. The outputs can be connected toother open-collector outputs to achieve wired-ANDrelationships. 1 Wide Supply Ranges– Single Supply: 2 V to 36 V(Tested to 30 V for Non-V Devices and32 V for V-Suffix Devices)– Dual Supplies: В±1 V to В±18 V(Tested to В±15 V for Non-V Devices and …

Параметры

Светодиодный индикатор напряжения

Светодиодный индикатор на универсальных поликомпараторных микросхемах, содержащих в одном корпусе по несколько аналоговых компараторов общего назначения. Микросхема LM339, которая в одном корпусе DIP-14 содержит четыре компаратора с полевыми входами. Используя одну LM339 можно сделать четырехпороговый индикатор постоянного напряжения.

На рисунке 1 показана схема такого индикатора с линейной зависимостью измерения. Инверсные входы всех компараторов соединены вместе, — их общая точка является входом индикатора. На прямые входы подается опорное постоянное напряжение +Uomax через резистивный делитель, обеспечивающий распределение этого напряжения так, чтобы получить необходимый закон измерения. В данном случае резисторы делителя R2-R5 выбраны одинаковыми, поэтому и зависимость линейная.

Максимальная величина измеряемого напряжения (величина порога, при котором включается светодиод HL4) равна напряжению +Uomax (опорное напряжения максимума). Это напряжение желательно стабилизировать хотя-бы обычным параметрическим стабилизатором. Минимальная величина (порог при котором загорается HL1) зависит от сопротивления резистора R5 или от величины опорного напряжения минимума (Uomin).

Например, если нужно производить измерения в каком-то остро зажатом узком интервале напряжений, например, от 10 до 11V, то +Uomax должно быть равно 11V, а Uomin = 10V, при этом сопротивление R5 нужно исключить из схемы. Либо выбрать Uomin равным нулю (как на рисунке 1) и установить R5 такой величины, чтобы напряжение на нем было равно 10V.

Сопротивления R10-R13 нужны для придания компараторным схемам небольшого гистерезиса, улучшающего четкость работы индикатора. Индикаторная шкала состоит из четырех светодиодов HL1-HL4, подключенных к выходам компараторов через токоограничительные резисторы R14-R17.

Чтобы измерять переменное напряжение, например, в схеме индикации аудиосигнала, можно на входе сделать детектор на диодах или операционном усилителе.

Конечно, схема показанная на рисунке 1 несколько сложнее схемы на ВА6884 или другой аналогичной микросхемы, но это усложнение не столь существенно, особенно если нужно получить какую-то специфическую характеристику закона измерения. К тому же в данной схеме можно использовать практически любые доступные в текущий момент аналоговые компараторы или операционные усилители.

Схему, показанную на рисунке 1 можно легко каскадировать чтобы получить практически любое количество порогов измерения. На рисунке 2 показана схема восьмипорогового индикатора на двух микросхемах LM339, то есть, на восьми компараторах.

Схема на рисунке 2 специально показана так, чтобы было видно, как соединить схемы при каскадировании. Входы всех компараторов, сколько бы их ни было нужно соединить вместе, — это будет общий вход, на который поступает напряжение, подлежащее измерению.

Резисторы делителя (R2-R5 и R18-R21) включены последовательно. Если схема на большее число порогов, то и компараторов будет больше и больше будет резисторов в этом делителе. Например, используя четыре микросхемы LM339 можно сделать 16-пороговый индикатор.

Число порогов может быть практически любым, — совсем не обязательно кратным четырем. Все зависит от того, сколько компараторов вы используете. Например, если использовать в индикаторе уровня для стереоусилителя пять микросхем LM339, можно получить двухканальный шкальный десятипороговый индикатор. При этом, в каждом из каналов будут работать по две микросхемы LM339. И еще одна LM339, два компаратора которой работают в одном канале, а два других — в другом.

Нагрузочная способность выходов компараторов LM339 не слишком высока, поэтому для получения достаточной яркости индикатора желательно использовать сверх-яркие светодиоды. Либо сделать выходы на дополнительных ключах — усилителях, но это приводит к существенному усложнению схемы.

Печатная плата и детали сборки

Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать здесь. Она предназначена для монтажа DIP элементов следующего типа:

• резисторы МЛТ-0,125 Вт с точностью не менее 5% (ряд Е24) R1, R2, R3, R4, R7, R9, R10, R11– 1 кОм, R5, R8 – 5,1 кОм, R6, R12 – 10 кОм;
• диод VD1 любой маломощный с обратным напряжением не ниже 30 В, например, 1N4148;
• стабилитрон VD2 маломощный с напряжением стабилизации 6,2 В. Например, КС162А, BZX55C6V2;
• светодиоды LED1-LED5 – индикаторные типа АЛ307 любого цвета свечения.

Данную схему можно использовать не только для контроля напряжения на 12 вольтовых аккумуляторах. Пересчитав номиналы резисторов, расположенных во входных цепях, получаем светодиодный индикатор на любое желаемое напряжение. Для этого следует задаться пороговыми напряжениями, при которых будут включаться светодиоды, а затем воспользоваться формулами для пересчёта сопротивлений, приведенные выше.

Datasheets

ProductFolder Sample &Buy Support &Community Tools &Software TechnicalDocuments LM139-N, LM239-N, LM2901-N, LM3302-N, LM339-NSNOSBJ3E – NOVEMBER 1999 – REVISED DECEMBER 2014 LMx39-N, LM2901-N, LM3302-N Low-Power Low-Offset Voltage Quad Comparators1 Features 3 Description The LMx39-N series consists of four independentprecision voltage comparators with an offset voltagespecification as low as 2 mV maximum for all fourcomparators. These comparators were designedspecifically to operate from a single power supplyover a wide range of voltages. Operation from splitpower supplies is also possible and the low powersupply current drain is independent of the magnitudeof the power supply voltage. These comparators alsohave a unique characteristic in that the inputcommon-mode voltage range includes ground, eventhough they are operated from a single power supplyvoltage. 1 Wide Supply Voltage RangeLM139/139A Series 2 to 36 VDC or В±1 to В±18 VDCLM2901-N: 2 to 36 VDC or В±1 to В±18 VDCLM3302-N: 2 to 28 VDC or В±1 to В±14 VDC …

Корпус / Упаковка / Маркировка