LM339比较器应用分享:揭示业界使用最普遍的比较器

电压比较器是一种常用的集成电路，它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。在电压比较器中lm339四电压比较器是业界使用最普遍的器件之一，本内容为大家整理了lm339四电压比较器的一些典型应用，并详细说明了内部电路结构及引脚功能，让大家全面了解lm339基本知识及应用。
什么是电压比较器
电压比较器（以下简称比较器）是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于v/f变换电路、a/d变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较的，这里不介绍），并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1（a）是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“+” 端）及反相输入端（“-”端），有一个输出端vout（输出电平信号）。另外有电源v+及地（这是个单电源比较器），同相端输入电压va，反相端输入vb。va和vb的变化如图1（b）所示。在时间0～t1时，va》vb；在t1～t2时，vb》va；在t2～t3时，va》vb。在这种情况下，vout的输出如图1（c）所示：va》vb时，vout输出高电平（饱和输出）；vb》va时，vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。
如果把va输入到反相端，vb输入到同相端，va及vb的电压变化仍然如图1（b）所示，则vout输出如图1（d）所示。与图1（c）比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与va、vb的输入端有关。
图2（a）是双电源（正负电源）供电的比较器。如果它的va、vb输入电压如图1（b）那样，它的输出特性如图2（b）所示。vb》va时，vout输出饱和负电压。
如果输入电压va与某一个固定不变的电压vb相比较，如图3（a）所示。此vb称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0v（地电平），如图3（b）所示，它一般用作过零检测。
lm339电压比较器
lm339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mv；2）电源电压范围宽，单电源为2-36v，双电源电压为±1v-±18v；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（ucc-1.5v）vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。
lm339集成块采用c-14型封装，图为外型及管脚排列图。由于lm339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大ic生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如ir2339、ani339、sf339等，它们的参数基本一致，可互换使用。
lm339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择lm339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mv就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把lm339用在弱信号检测等场合是比较理想的。lm339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15k）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。
lm339内部电路结构
lm339各引脚功能图
lm339各引脚电压
第1脚5.14v第2。0.26v第3。18.45v第4。5.12v第5。4.7v第6。3.86v第7。4.02v第8。1.37v第9。4.76v第10。5.64v第11。1.88v第12。0v
lm339应用电路图集
lm339集成块采用c-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于lm339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大ic生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如ir2339、ani339、sf339等，它们的参数基本一致，可互换使用。
lm339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择lm339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mv就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把lm339用在弱信号检测等场合是比较理想的。lm339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15k）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。
单限比较器电路
图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4lm339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于r1于r2。ur=r2/（r1+r2）*ucc。同相端的电压就等于热敏元件rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，uo输出为零电位，使保护电路动作，调节r1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。
迟滞比较器
图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）ur。当输入电压uin》ur时，输出为高电平uoh。图2b为其传输特性。
迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。
图4a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。图4b为迟滞比较器的传输特性。
不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过δu之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于δu的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。
如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。图5为其原理图。
图6为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4lm339的u4《2.8v，u5=2.8v，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器bg1是导通的。当电网电压大于242v时，u4》2.8v，比较器翻转，输出为0v，bg1截止，u5的电压就完全决定于r1与r2的分压值，为2.7v，促使u4更大于u5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237v时，u4《u3，电磁炉才又开始工作。这正是我们所期望的。
双限比较器（窗口比较器）
图7电路由两个lm339组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压uin位于门限电压之间时（ur1《uin《ur2），输出为高电位（uo=uoh）。当uin不在门限电位范围之间时，（uin》ur2或uin《ur1）输出为低电位（uo=uol），窗口电压δu=ur2-ur1。它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。
用lm339组成振荡器
图8为有1/4lm339组成的音频方波振荡器的电路。改变c1可改变输出方波的频率。本电路中，当c1=0.1uf时。f=53hz；当c1=0.01uf时，f=530hz；当c1=0.001uf时，f=5300hz。
lm339还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与ttl、cmos电路接口。
lm339电压比较器构成的欠压保护电路
利用+ 5 v 及pf （ power fail）信号进行比较，在+ 5 v 掉电时， pf 信号至少需维持10 ms 时间，以便存储相关信息。欠压保护电路如下图所示。lm339电压比较器构成的欠压保护电路：