LM393: histerezisli hassas voltaj komparatörü

Devre, pin 8 (VCC) ve pin 4 (GND) bağlantılarına sağlanan tek bir +5.0 V DC besleme hattından çalışır. C1 besleme dekuplaj kondansatörü (100 nF X7R seramik), açık kolektörlü çıkış katı kesim ile derin doyum arasında hızla anahtarlanırken oluşan yüksek frekanslı ani akım darbelerini emerek doğrudan entegre besleme bacakları arasında yerel, düşük empedanslı bir yük deposu sağlar. LM393 giriş mimarisi, entegre seviye kaydırmalı PNP diferansiyel Darlington çiftlerini kullanır; bu sayede her iki giriş terminali de negatif bir besleme hattına ihtiyaç duymadan gerçek devre toprağına (0 V) kadar voltajları algılayabilir.

Kararlı bir referans voltajı V_REF, R1 (10 kΩ) ve R2 (10 kΩ) ile oluşturulan eşleştirilmiş voltaj bölücü kullanılarak +5.0 V besleme hattından elde edilir. %1 toleranslı metal film dirençlerle pin 2'ye (eviren giriş, 1IN-) sunulan orta nokta referans voltajı şu şekildedir:

Bu 2.50 V eşiği, entegrenin doğrusal ortak mod giriş aralığının (0 V ila VCC - 1.5V = 3.5V) tam merkezinde yer alır ve hem pozitif hem de negatif sinyal salınımları için en uygun diferansiyel dinamik alanı sunar.

Analog giriş sinyali VIN, seri direnç R3 (10 kΩ) üzerinden girer ve pin 3'e (evirmeyen giriş, 1IN+) ulaşmadan önce j_in_pos toplama düğümüne bağlanır. Pozitif geri besleme direnci R4 (1 MΩ), komparatör çıkış durumunu bu toplama düğümüne geri bağlar. Süperpozisyon ilkesi uygulandığında pin 3'teki anlık V+ voltajı hem VIN hem de komparatör çıkış voltajı VOUT tarafından belirlenir:

R4 direnci R3'ten yüz kat büyük olduğu için (R4 / R3 = 100), geri besleme ağı çıkış salınımının %1'lik küçük ve kontrollü bir oranını evirmeyen düğüme enjekte ederek mevcut çıkış durumuna bağlı olarak etkin anahtarlama eşiğini dinamik olarak kaydırır.

VIN düşük olduğunda, komparatör çıkışı yüksek seviyede tutulur (R5 pull-up direnci üzerinden VOH ≈ 5.0 V). R4 üzerinden akan akım pin 3'teki potansiyeli yükselterek üst tetikleme noktasını (VTH ≈ 2.524 V) belirler. VIN VTH üzerine çıktığında dahili diferansiyel amplifikatör durum değiştirir; dahili açık kolektörlü NPN transistörü iletime geçerek VOUT değerini doyuma çeker (VOL ≈ 0.1 V). Anında R4, pin 3 eşiğini alt tetikleme noktasına (VTL ≈ 2.475 V) indirir. Bu eşikler arasındaki fark histerezis penceresini tanımlar:

Bu 48.5 mV değerindeki gürültü marjı, yavaş değişen veya gürültülü analog sensör sinyallerini işlerken yanlış tetiklemeleri, parazitik salınımları ve çıkış kararsızlıklarını kesin olarak engeller.

LM393 çıkış katı, doğrudan pin 1'e bağlı açık kolektörlü bir bipolar NPN transistöründen oluşur. +5.0 V hattına bağlı R5 (4.7 kΩ) pull-up direnci, çıkış transistörü kesimde olduğunda aktif yüksek mantık seviyesini (VOH = 5.0 V) geri kazandırır. Komparatör LOW seviyesine tetiklendiğinde dahili anahtar ISINK = (5.0V - 0.15V) / 4.7kΩ ≈ 1.03 mA akımı toprağa akıtarak çıkışı kararlı bir biçimde VOL ≤ 150 mV seviyesine sürer. Pull-up hattı komparatör çekirdeğinden elektriksel olarak izole olduğu için R5 alternatif olarak harici bir +3.3 V mikrodenetleyici hattına bağlanabilir ve ek seviye dönüştürücülere gerek kalmadan doğrudan mantık seviyesi uyarlaması sağlanır.