Компаратор: сравнить два напряжения

Компаратор сравнивает два напряжения и выдаёт логический уровень: единицу, если «+» выше «−», и ноль, если ниже. В отличие от ОУ, он рассчитан на работу без обратной связи и переключается быстро.

Типовые: LM393 (два компаратора в корпусе, открытый коллектор), LM339 (четыре), TLV3201 (быстрый, push-pull), MCP6541.

Где нужен: порог срабатывания (термостат, датчик уровня), детектор нуля, формирователь из аналогового сигнала в цифровой, защита от перенапряжения, генератор.

Главная проблема — дребезг на выходе при сигнале, близком к порогу. Датчик шумит, компаратор переключается десятки раз в секунду, и на выходе хаос. Лечится гистерезисом: положительной обратной связью через резистор с выхода на «+».

С гистерезисом появляются два порога: верхний и нижний. Сигнал должен выйти за них, чтобы состояние сменилось. Разница задаётся соотношением резисторов и обычно составляет 1–5 % от диапазона.

Тонкости:

— Открытый коллектор требует подтяжки к питанию.
— Входы нельзя выводить за пределы питания: у LM393 допустимо до −0.3 В, дальше деградация.
— Скорость: LM393 переключается за микросекунды, для быстрых сигналов нужны другие модели.
— На выходе несколько компараторов можно объединять по «монтажному ИЛИ» — удобно для сигнала аварии.

Компаратор часто путают с ОУ. Разница: ОУ предназначен для линейного режима с обратной связью, компаратор — для переключения. ОУ тоже может работать компаратором, но медленно и с риском «залипания».