LM393: comparador de tensão de precisão com histerese

O circuito opera a partir de uma linha de alimentação simples de +5.0 V CC conectada ao pino 8 (VCC) e pino 4 (GND). O capacitor de desacoplamento de alimentação C1 (100 nF cerâmico X7R) fornece uma reserva de carga localizada de baixa impedância diretamente junto aos pinos do circuito integrado, absorvendo transientes rápidos de corrente de alta frequência gerados durante a comutação do estágio de saída em coletor aberto entre corte e saturação profunda. A arquitetura de entrada do LM393 utiliza pares diferenciais Darlington PNP com deslocamento de nível integrado, permitindo que ambos os terminais de entrada meçam tensões até o potencial de terra do circuito (0 V) sem requerer alimentação negativa.

Uma tensão de referência estável V_REF é derivada da linha de +5.0 V através de um divisor de tensão formado por R1 (10 kΩ) e R2 (10 kΩ). Com resistores de filme metálico de 1% de tolerância, a tensão no ponto médio aplicada ao pino 2 (entrada inversora, 1IN-) é:

Esse limiar de 2.50 V fica centralizado dentro da faixa linear de modo comum de entrada do dispositivo (0 V a VCC - 1.5V = 3.5V), proporcionando excursão diferencial ideal para sinais positivos e negativos.

O sinal analógico de entrada VIN entra através do resistor em série R3 (10 kΩ) e alcança o nó de soma j_in_pos antes de entrar no pino 3 (entrada não inversora, 1IN+). O resistor de realimentação positiva R4 (1 MΩ) acopla o estado de saída do comparador de volta a esse nó de soma. Pelo princípio da superposição, a tensão instantânea V+ no pino 3 depende tanto de VIN quanto da tensão de saída VOUT:

Como R4 é cem vezes maior do que R3 (R4 / R3 = 100), a rede de realimentação injeta uma fração pequena e controlada de 1% da oscilação de saída no nó não inversor, deslocando dinamicamente o limiar de comutação de acordo com o estado da saída.

Quando VIN é baixo, a saída do comparador é mantida em nível alto (VOH ≈ 5.0 V pelo resistor de pull-up R5). A corrente através de R4 eleva o potencial no pino 3, estabelecendo o ponto de disparo superior (VTH ≈ 2.524 V). Quando VIN sobe acima de VTH, o amplificador diferencial interno comuta, ligando o transistor NPN de coletor aberto e levando VOUT para saturação (VOL ≈ 0.1 V). Instantaneamente, R4 reduz o limiar no pino 3 para o ponto de disparo inferior (VTL ≈ 2.475 V). A diferença entre esses limiares define a largura da janela de histerese:

Essa margem de ruído de 48.5 mV elimina disparos falsos, oscilações parasitas e repiques na saída ao analisar sinais ruidosos ou de subida lenta de sensores.

O estágio de saída do LM393 consiste em um transistor bipolar NPN com coletor aberto ligado diretamente ao pino 1. O resistor de pull-up R5 (4.7 kΩ) ligado a +5.0 V restaura os níveis lógicos ativos altos (VOH = 5.0 V) quando o transistor de saída está em corte. Quando o comparador comuta para nível BAIXO, a chave interna drena ISINK = (5.0V - 0.15V) / 4.7kΩ ≈ 1.03 mA, garantindo um nível limpo VOL ≤ 150 mV. Pelo fato de a linha de pull-up ser isolada do núcleo do comparador, R5 pode ser alternativamente conectado a uma linha de +3.3 V de um microcontrolador, realizando casamento direto de níveis lógicos sem circuitos integrados adicionais.