LM393. Описание, datasheet, схема включения, аналог
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
Технические характеристики LM393
Ниже приведены основные электрические характеристики и абсолютные максимальные значения эксплуатации LM393:
Принципиальная схема LM393
Назначение выводов (распиновка)
Аналог LM393
Для замены можно использовать следующие зарубежные и отечественные аналоги LM393:
зарубежный аналог
отечественный аналог
Принцип работы LM393
Чтобы понять как же работает данный компаратор, рассмотрим простую схему сумеречного автомата.
Глядя на схему мы видим, что оба входа компаратора подключены к делителям напряжения. Первый делитель напряжения, подключенный к инвертирующему входу (2), состоит из постоянного резистора и фоторезистора.
Как известно сопротивление неосвещенного фоторезистора имеет очень большое сопротивление (более 1МОм), и малое при освещении. Поэтому в ночное время суток, согласно логике работы делителя напряжения, напряжение на входе (2) компаратора будет выше, чем в дневное время суток.
Чтобы включать и выключать свет (в нашем случае светодиод), в зависимости от степени освещенности фоторезистора, нам необходимо установить порог переключения. Для этого служит неинвертирующий вход (3) на который необходимо подать опорное (неизменяемое) напряжение. Это опорное напряжение мы возьмем с переменного резистора R3, который выполняет роль делителя напряжения.
Теперь компаратор будет сравнивать два уровня напряжения (на выводах 2 и 3). Если напряжение на входе 2 будет больше чем на входе 3, то светодиод загорится. Как только напряжение на входе 2 опустится (при освещении фоторезистора) ниже уровня напряжения на входе 3, светодиод погаснет.
Скачать datasheet LM393 в формате pdf (595,7 KiB, скачано: 10 235)
Источник
Обзор модуля освещенности, LM393
Автор: Сергей · Опубликовано 27.01.2017 · Обновлено 25.11.2020
Модуль освещенности на LM393, используется для измерения интенсивности света в различных устройствах, таких как, автоматизация света (включении света ночью), роботах (определения дня или ночи) и приборов контролирующих уровень освещенности. Измерения осуществляется с помощью светочувствительного элемента (фоторезистора), который меняет сопротивление в зависимости от освещенности.
Технические параметры
5.5 В
► Потребляемый ток: 10 мА
► Цифрового выход: TTL (лог 1 или лог 0)
► Аналогового выход: 0 В … Vcc
► Диаметр монтажного отверстия: 2.5 мм
► Выходной ток: 15 мА
► Габариты: 42мм х 15мм х 8мм
Общие сведения
Существует два модуля, визуально отличие только в количестве выводов (3 pin и 4 pin), дополнительный вывод добавлен, для снятие прямых показаний с фоторезистора (аналоговый выход), в статье пойдет речь о четырех контактом варианте модуля. В этих двух модулей, измерение осуществляется с помощью фоторезистора, который изменяет напряжение в цепи в зависимости от количества света, попадающего на него. Чтобы представить, как свет будет влиять на фоторезистор, приведу краткую таблицу.
Модуль освещенности с четырьмя выводами содержит два выходных контакты, аналоговый и цифровой и два контакта для подключения питания. Для считывания аналогово сигнала предусмотрен отдельный вывод «AO», с которого можно считать показания напряжения с 0 В … 3.3 В или 5 В в зависимости от используемого источника питания. Цифровой вывод DO, устанавливается в лог «0» или лог «1», в зависимости от яркости, чувствительность выхода, можно регулировать с помощью поворотного потенциометра. Выходной ток цифрового выхода, способен выдать более 15 мА, что очень упрощает использования модуля и дает возможность использовать его минуя контроллер Arduino и подключая его напрямую ко входу однокональному реле или одному из входов двухконального реле. Принципиальную схему модуля освещенности на LM393 с 3 pin и 4 pin, показана ниже.
Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 4 pin
Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 3 pin
Теперь, как же работает схема, фоторезистор показан Foto (IN). Основная микросхема модулей, это компаратор LM393 (U1), который производит сравнение уровней напряжений на входах INA- и INA+. Чувствительность порога срабатывания задается с помощью потенциометром R2 и в результате сравнений на выходе D0 микросхемы U1, формируется лог «0» или лог «1», который поступает на контакт D0 разъема J1.
Назначение J1 (в исполнении 4 pin)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля
► D0: цифровой выход
► A0: аналоговый выход
Назначение J1 (в исполнении 3 pin)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля
► D0: цифровой выход
Подключение модуля освещенности к Arduino
Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Модуль освещенности, LM393, 4 pin x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.
Подключение:
В данном примере буду использовать модуль освещенности, LM393, 4 pin и Arduino UNO R3, все данные будут передаваться в «Мониторинг порта». Схема не сложная, необходимо всего четыре провода, сначала подключаем шину A0 в порт A0 (Arduino UNO) и D0 в порт А1 (Arduino UNO), осталось подключить питание GND к GND и VCC к 5V (можно записать и от 3.3В), схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.
Запускаем среду разработки и загружаем данный скетч, затем открываем мониторинг порта.
Источник
Модуль датчика температуры
Описание
Модуль датчик температуры SensorDigiTemp-LM393 предназначен для совместного использования с устройствами, использующими платформу ARDUINO (Ардуино).
Рекомендуется для создания различных робототехнических проектов, обучения конструированию различных систем мехатроники и программированию, а также для конструкторских хобби.
Модуль содержит аналоговый датчик температуры – терморезистор. С изменением температуры корпуса терморезистора меняется его сопротивление. С помощью модуля электроника грубо определяет температуру воздуха. Основное назначение терморезистора – контроль температуры воздуха, но с его помощью можно контролировать температуру поверхности. Для этого он прижимается механическим креплением к поверхности, а между терморезистором и поверхностью вносят термопроводящую пасту. В крайнем случае при отсутствии пасты терморезистор приклеивают.
В автоматике используется для грубого определения температуры, что позволяет включать или отключать исполнительные устройства с помощью схем на дискретных элементах. Основное назначение – коррекция, стабилизация режима работы цепей схем при колебаниях температуры.
Модуль датчика температуры SensorDigiTemp-LM393 применяется для контроля температуры воздуха в помещении. Используется в следующих случаях: регулятор температуры, автоматика систем отопления, автоматизация систем вентиляции.
Определяет превышение температурой установленного порога и одновременно позволяет грубо оценивать величину температуры. Пороговое значение настраивается точно, но для точного измерения температуры или для сборки электронного термометра используют другой датчик с цифровым выходом.
Технические характеристики
Напряжение питания (Vcc): 3.5 – 5.5 В
Формат сигнала цифрового выхода: TTL(0/1)
Уровень сигнала аналогового выхода: 0 — Vcc
Рабочая температура: от 0 до +70°С
Размеры: 43 x 15 x 14 мм
Масса: 10 гр.
Диаметр монтажного отверстия: 3 мм
- Датчик имеет два выхода: AO (аналоговый) и DO (цифровой).
- Аналоговый выход может подключаться непосредственно ко входу АЦП ARDUINO и использоваться для измерения температуры.
- Для непосредственного измерения температуры в схеме использован кремниевый терморезистор.
- В качестве порогового элемента цифрового выхода использован компаратор LM393.
- В схеме установлены два светодиода: красный — индикатор наличия питания, зеленый — уровень 0 на выходе DO.
- Регулировка порога переключения цифрового выхода осуществляется подстроечным резистором на плате датчика.
Обозначение выводов датчика
Вывод с меткой «AO» –> аналоговый выход (напряжение сигнала соответствует температуре)
Вывод с меткой «G» –> GND минус питания
Вывод с меткой «+» –> Vcc плюс питания
Вывод с меткой «DO» –> цифровой выход (выход логического сигнала сообщающего о превышении установленного порога)
При использовании только цифрового сигнала, что является самым простым применением, модуль датчика температуры соединяют жгутом со специальными модулями расширения Ардуино содержащие ориентированные на такие подключения группы контактов.
Это удобно при отработке сложных схем. Модули расширения выбираются в соответствии с типом платы контроллера Ардуино.
— Для Arduino MEGA таким шилдом является коммутационная плата Mega Sensor Shield V2.0
— Для Arduino Nano таким шилдом является коммутационная плата расширения ввода/вывода Arduino Nano Shield V3.0
— Для Arduino UNO таким шилдом является коммутационная плата Arduino Sensor Shield V5.0
При этом используют контакты модулей расширения входящие в область digital IO ports разделенные на группы по три. Порядок размещения контактов в группах совпадает с расположением контактов модуля. Кроме цифрового сигнала модули расширения позволяют подключить аналоговый сигнал.
Работа модуля датчика температуры
Воспринимающий элемент датчика – терморезистор. Он соединен со входом микросхемы компаратора LM393. С помощью подстроечного резистора выполняется настройка порога срабатывания компаратора. Так устанавливается температурный порог. При превышении температурой установленного порога на выходе D0 будет высокий уровень напряжения. Если температура мала, то на выходе D0 низкий уровень.
Индикация модуля
Индикатор L1 сообщает о подаче питания. Светодиод L2 включается при превышении температурой окружающего воздуха установленного порога. Обращая внимание на L2 удобно проводить настройку модуля.
Проверка и настройка модуля
При включении на выходе A0 присутствует напряжение соответствующее температуре в комнате. Эта температура известна лишь приблизительно. Есть способы точно определить какой температуре соответствует какое напряжение выхода A0. Сожмите терморезистор пальцами. Мы узнаем напряжение аналогового выхода при температуре 36,6 °C. На эти данные можно опираться в дальнейшем.
Еще одна точка зависимости – 0 °C. Используйте надежный пленочный пакетик с таящим льдом, снегом из холодильника. Получим новое значение напряжения, которому можно верить.»
Источник
LM393: схема включения, аналоги компаратора и datasheet
Микросхема lm393 является удвоенным дифференцированным компаратором от производителя Texas Instruments. У прибора — цельный корпус из пластика. Внутри него расположены 2 операционных усилителя lm393, которые никак не связаны друг с другом. Их основная задача — сравнивать друг с другом все аналоговые сигналы, которые поступают на их входы.
Итогом работы этих элементов является возникновение выходного напряжения, либо, наоборот, его нулевое значение.
Данная статья представляет собой обзор микросхемы, ее технических характеристик, схемы включения lm393 и ее работы на примере обычной настольной лампы.
Компараторы lm393
Изготавливаются в корпусах для поверхностной установки на плату в SO-8. Эта деталь маркируется следующим образом: lm393. Прайс-листы содержат наименование устройства с такими буквами в конце: DR, D.
По данным lm393 datasheet, микросхема может работать и от одинарного, и от двойного источника электропитания. Компаратор включается и начинает функционировать, как только стабильное напряжение подается на его контакты (Gnd и VCC). Сигналы, которые необходимо сравнить, поступают на усилители, оснащенные 3 контактами. Каждый из них обладает двумя входами и одним выходом.
Наибольшие допустимые характеристики lm393
Наибольшие показатели главных величин — таковы:
- Разброс питающего напряжения — от 0,3 до 36 Вольт.
- Ток выхода — 20 миллиампер.
- Диапазон температуры хранения — от -65 до 150 градусов Цельсия.
- Период задержки — 300 наносекунд.
Но само существование приведенных максимальных параметров не говорит о том, что они допускаются при обычном режиме использования модуля lm393. Небольшие перепады не причиняют вреда устройству, но если хотя бы один из параметров будет серьёзно превышен, прибор не будет правильно работать.
На схеме lm393 — недопустимо выходное короткое замыкание, поскольку от него прибор перегревается и разрушается. В lm393 datasheet на русском содержится ряд рекомендаций. В частности, подключение lm393 к электропитанию с напряжению 30 В, — не желательно. Дело в том, что при нем установленное напряжение сдвига 5мВ уже не достигается.
Чтобы lm393 работала стабильно, должна соблюдаться рабочая температура в диапазоне 0-70 градусов, перегрева быть не должно.
Наибольшая рассеиваемая мощность прибора ограничивается температурным корпусным сопротивлением.
lm393: аналоги
Новым прибором со схожими и усовершенствованными (в области температуры) характеристиками является двойной компаратор lm2903B.
Прибор есть во многих магазинах, правда, цена его значительно выше, чем lm393. Его средняя цена в точках продажи радиодеталей составляет около 90 рублей. Иногда устройство заменяют другими компараторами, например, lm2903, lm293. У них — немного меньшее напряжение и сила тока потребления, а вот другие параметры — почти такие же. Этим и объясняется указание наибольших технических показателей в единственном даташит.
Отечественные аналоги устройства — это два варианта, к1401Са3 и 1040са1. Но в настоящее время их крайне сложно купить. Они год за годом вытеснялись с отечественного рынка иностранными микросхемами.
lm393: включение
Рассмотрев схему подключения устройства, можно понять все этапы его работы. Ее сбор — под силу любому радиолюбителю. Для него понадобится несколько ключевых составляющих:
- Фотографический резистор.
- Два резистора с сопротивлением 33 000 и 330 Ом, соответственно.
- Световой диод
- 3 батарейки 2А.
- Потенциометр (1-20 кОм).
В указанной схеме задача компаратора состоит в сверке уровня приходящих сигналов с максимальной величиной, чтобы принимать решения о поступления электропитания на световой диод. А с помощью фотографического резистора можно изготовить небольшую ночную лампу. Ночью он светится, днём — гаснет.
Роль калибратора в данной конструкции принадлежит потенциометру. Он помогает в настройке сопротивления при включении/выключении светового диода в разное время суток. По итогам такого типа настройки становится возможным сравнение опорного электропитания и напряжения делителя, получаемого по линии подключения фотографического резистора и резистора с сопротивлением 33 кОм.
У выхода — более высокое напряжение, за счет которого световой диод гасится. В темное время суток у фотографического резистора — солидное сопротивление, поэтому он получит свою крупную часть нагрузки.
Напряжение, которое посылает резистивный делитель, больше, чем опорное. В итоге, у выхода конструкции оно сохраняется на низком уровне, что приводит к свечению диода.
Как работает схема (примеры)
По указанному принципу составляют датчик освещённости lm393. Это хороший пример взаимодействия lm393 и arduino.
В некоторых магазинах уже продаются уже собранные электронные модули. Их наименование содержит обозначение микросхемы.
Компаратор также используется для создания реле времени. Он является, по сути, усилителем, у которого есть инвертирующий и неинвертирующий входы, цифровой выход. К неинвертирующему входу поступает опорное напряжение, к инвертирующему — изменённое. Если значения сравниваются, у выхода устройства появляется так называемый сигнал «логической единицы».
Реле конструируют следующим образом. Опорное напряжение концентрируется на резисторах. Оно равно 40% этой величины от электропитания. Оно небольшое, поскольку на выходе компараторный транзистор не закрыт, а обратный резистор параллельно подключается к одному из основных.
У инвертирующего входа напряжение приближается к показателю питания, и с изменением заряда конденсатора оно падает. Когда оно достигает значения, меньшего, чем напряжение неинверторного входа, транзистор устройства закрывается.
При отсутствии параллельного соединения резисторов происходит увеличение опорного напряжения на 0,27. Это приводит к появлению гистерезиса lm393. Иными словами, при падении напряжения на конденсаторе, для нового переключения компаратора необходимо падение напряжения именно на эти 0,27 В.
Вычисление гистерезиса
Пересчитайте напряжение делителя при параллельном соединении двух резисторов. Их сопротивление высчитывается следующим образом:
Далее, высчитайте длительное напряжение:
А затем, считаем это напряжение без последнего резистора:
Гистерезисом будет являться разница вычисленных напряжений, равная как раз 0,27 В.
А как быть, если требуется зажигание светодиода строго через конкретный промежуток времени? Тогда поменяйте между собой R2 и R3, C1 и R1.
Рассмотрим все возможные варианты.
Реле (на компараторе) с инверсионным включением
Если питание отключается ненадолго, время считается не с первой минуты, поскольку разрядка конденсатора длится не быстро. Для ее ускорения желательно добавление диода.
Реле lm393 с одним диодом
Когда питание отключается, происходит разрядка конденсатора и питание схемы. Как правило, ток протекает через световой диод. Но чтобы компаратор не подпитывался от конденсатора, нужно добавление ещё одного диода
Реле lm393 с двумя диодами
Когда питание отключается, световой диод не загорается, но при этом конденсатор разряжается не так быстро, через резисторы.
Где еще используется микросхема
lm393 нередко становится основой для создания роботов. Они должны иметь определённую пространственную навигацию для ориентации в окружающей среде.
Система для определения места расположения робота может быть разной, например, GPS, акселерометры, гироскопы. У этих технологий — множество плюсов, но можно воспользоваться и простым доступным скоростным датчиком lm393. Он помогает измерять посредством платы Ардуино такие величины, как расстояние, пройденное роботом, быстроту его передвижения, поворотный угол. Зная эти характеристики, можно не опасаться за последствия передвижения робота.
Скоростной датчик lm393
В устройство входит интегрированный инфракрасный датчик скорости lm393 и микросхема компаратора. Он дополняется сетчатой градуированной пластиной, которую монтируют на крутящейся двигательной оси.
Устанавливать такие датчики — не совсем просто. Они монтируются не только на двигатели с осями, которые выступают по обеим сторонам. К одной стороне крепится колесо, к другой — сетчатая пластина.
Это крепление означает, что пластина с колесом находятся на одной и той же оси, а скорость их кручения — одинакова. А именно, при измерении скорости кручения пластины можно узнать этот показатель и для колеса.
Устанавливая, нужно удостовериться в попадании делений пластины в сферу работы инфракрасного датчика. Только по нему видно количество отверстий, проходящих сквозь него. Механическая часть датчика может быть устроена по-разному, в зависимости от желания радиолюбителя, при соблюдении основных условий.
Например, у градуированной пластины — 20 слотов. Значит, в период полноценного вращения колеса, с помощью инфракрасного датчика определяется 20 пропусков. Такие датчики устанавливаются на 2 колеса робота, поэтому его поворотный угол можно определить, правда, с погрешностью. Для повышения точности определения этой величины добавляют гироскоп.
Микросхема задействована еще в множестве устройств, например, микрофоном усилителе lm393.
Аккумулятор
Конструкция пригодится и автолюбителям. Ведь заряд каждой батареи очень важно поддерживать. Этот элемент имеет своё предельное напряжение. Если разрядит его ниже, батарея утратит значительную ёмкость, а значит, не будет выдавать ток нужной силы. Иными словами, придётся его утилизировать и приобретать другой.
Так вот, если вашем авто, мотоцикле или скутере — кислотно-свинцовый 12-вольтный аккумулятор, на основе lm293 можно собрать несложный идентификатор напряжения.
Схема с заданным номиналом сообщит вам об уровне напряжения на выводах аккумулятора с помощью 3 световых диодов. У них могут быть любые цвета, главное, чтобы они были яркими и ассоциативными.
Например, при загорании зеленого цвета напряжение аккумулятора находится на нормальном уровне, до 13 В, белого — выше этого значения, красного — около 11 В, когда батарею необходимо немедленно подзарядить.
Такой идентификатор потребляет не много токо, всего около 15 мА. В область разрыва можно установить тактовую кнопку, после чего батарея проверяется с помощью ее нажатия и выдаваемого света.
Главное — защитить плату от попадания воды и установить на АКБ.
Микросхема
Самая основная деталь в выбранной конструкции — микросхема. Это может быть как LM358, так и рассматриваемая LM393, а в ее центре есть 2 треугольных компаратора. Они работают по своему основному принципу, который мы описали в начале статьи.
В цепи присутствует и стабилитрон с обратным подключением. Анод подключён к участку со знаком «-«, катод — «+». Существует определённое значение тока, при котором он стабильно работает. Это значение различается для стабилитронов разных мощностей. Ток можно регулировать с помощью резистора.
Схема не обходится без делителя напряжения, в который входят 3 резистора с разными значениями. Каждый из них может подавать напряжение на инвертирующий выход.
Изготовители
Как правило, у каждого производителя — свой datasheet. Помимо основной компании, которая уже была названа, устройство выпускают ON Semiconductor и ST Microelectronics.
Имея в арсенале простейшую микросхему lm393, которую можно купить на Алиэкспресс (по ссылке) , в любом другом интернет-магазине или супермаркете радиоэлектроники, вы сможете увеличить срок службы многих электронных устройств.
Источник