LM339详解

电压比较器LM339 及典型应用

电压比较器能使探测信号电压和设定的基准电压比较，以获得控制电压去带动功能电路工作，实现自动检测和控制。常用在家用电器、教学科研仪器、工业自动化控制等电路中，通过探头（传感器）以实现温度、亮度、湿度、电压（电流）、压力等的自动检测和控制，应用十分广泛。本文介绍一种最常见的电压比较器LM339及其典型应用。

一、性能特点

LM339集成电路采用双列直插14脚塑封结构，内部装有四个独立的电压比较器，共用一组电源。外型管脚排列及内部电路如图1所示。由于LM339性能优良、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，尽管生产厂家不同，但它们的参数基本一致，可互换使用。

LM339集成电压比较器具有以下特点：（1）失调电压小，典型值为2mV；（2）电源电压范围宽很，单电源电压为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）V；（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设定；（7）内部含有四个电压比较器，能满足一般设计需要。

二、工作原理

电压比较器类似于增益不可调的运算放大器。它有两个输入端和一个输出端，一个输入端称为同相输入端，用“U+”表示，另一个称为反相输入端，用“U-”表示，如图2所示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压Ur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），另一端是连接探头所获得的待比较的信号电压UIN。当电压比较器“+”端电压高于“-”端时，内输出管截止，相当于输出端开路，在外接上拉电阻的情况下输出端U0为高电位。当“-”端电压高于“+”

端时，内输出管饱和，在外接上拉电阻的情况下输出端U0为低电位。只要两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出端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实现自动控制，是比较理想的。 三、典型应用

1、单限比较器

基本单限比较器就同图2（b）。待比较电压（即检测输入信号）Uin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，反之Uin

图3为某仪器中的过热检测保护电路。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，U0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，U0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。

2、迟滞比较器

迟滞比较器又可理解为加有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即可以克服这一缺点。图4（a）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4（b）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。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，如晶体二极管或三极管，便可提高迟滞比较器的跳变性能。图5为其原理图。

图6为某电器电路中电网过电压检测电路部分。电网电压正常时，1/4LM339的U-<3V，U+=3V，输出开路，U0为高电位，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240V时，U->3V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U+的电压就完全决定于R1与R2的分压值，约为2.9V，促使U-更大于U+，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240-5=235V（通过R1、R2、BG1的设置使ΔU=5V）时，又满足U-

3、双限比较器（窗口比较器）

图7电路由两个电压比较器组成的一个双限比较器，它可用来判定探头检测的输入信号电位是否位于设定的两个门限电位之间。当被比较的信号电压Uin位于两个门限电压UR1、UR2之间，即：UR1UR2或Uin

4、方波振荡器

图8为由单个电压比较器即1/4LM339组成的音频方波振荡器电路。电路中，R1、R2设定门限电压，R4起到正反馈作用，保证电路起振，R1、C1在电路反转中起充放电作用。输出方波的频率主要由C1和R1的值决定，频

率公式：f≈1/2R1C1。本电路中，当C1=0.1uF，R1=100K时，f≈50Hz；当C1=0.01uF，R1=50K时，f≈1000Hz。

LM339还可以组成高压数字逻辑门电路，还可直接与TTL、CMOS电路接口等，在此不再赘述。

四、注意事项

1、LM339的输出端内部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须接一只电阻（称为上拉电阻），常在2K-20K之间选取。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，使用中可由实验确定。

2、LM339是一种高增益宽带器件，在印刷电路板布局时应注意输入信号线不易过长，与输出线不要靠近，为可靠起见可在输入端近旁对地接一只0.01—0.1uF的瓷片电容器，以免引起比较器自激。

3、注意集成块的接地端应与整机的接地点近可能靠近，以减少接地阻抗。

4、LM339的驱动电流取决于它的偏置电路，而与工作电源基本无关。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。

（电路图见下页）