好的，LM393是一款非常经典且应用广泛的双路电压比较器。以下是几个常见的实用电路实例及其中文解释：

核心概念

• 比较器： 比较两个输入电压（IN+ 和 IN-），根据哪个电压更高来输出逻辑电平（高或低）。
• 开集输出（OC）： LM393输出级采用集电极开路的NPN晶体管。这意味着：
  • 当输出应该为“低”时，晶体管导通，将输出引脚拉低至接近地电位（GND）。
  • 当输出应该为“高”时，晶体管截止（开路），输出引脚处于高阻态。为了实现“高”电平，必须连接一个上拉电阻（RPU）到正电源（VCC）。
• 工作电压范围： 宽（通常2V到36V），使其适用于多种电源系统。

应用电路实例

1. 基本电平检测/过压/欠压检测

这是最基础的应用，用于判断输入信号是否高于或低于某个设定的参考电压。

• 电路图示意：

        Vcc
        |
        |
       R1
        |
        +----> REF (参考电压, 例如使用分压电阻或稳压二极管设定在IN-)
        |
       R2
        |
       GND

       Vin (被测信号) >---------+-------> IN+
                                |
       REF >--------------------+-------> IN-
                                |
       Output <----- RpU <----- LM393 (Output Pin)
                           |
                          GND

  • R1, R2：设定参考电压REF的分压电阻（REF = Vcc * R2 / (R1+R2)）。
  • RpU：上拉电阻（典型值1KΩ - 10KΩ）。
  • Vin：需要检测的输入信号。

• 工作原理:

  • 如果 Vin > REF，则输出晶体管截止，Output通过RpU被上拉至Vcc（逻辑高）。
  • 如果 Vin < REF，则输出晶体管导通，Output被拉低至接近GND（逻辑低）。

• 应用：

  • 检测电池电压是否过低（欠压保护）。
  • 检测电源电压是否过高（过压保护）。
  • 简单的数字电平转换。
  • 判断传感器输出（如光敏电阻）是否达到某个阈值。

2. 红外接近传感器/障碍物检测（反射式）

常用于小车的避障模块或自动水龙头等。

• 电路图示意:

       IR LED ----+--------> (发射红外光)
                  |
                  Rlimit (限流电阻)
                  |
                 Vcc

       IR Receiver (光电二极管或光电三极管) ---+-----> IN+
                                        |
       REF (设定的比较阈值) -----------------+-----> IN-
                                        |
       Output <----- RpU <----- LM393 (Output Pin)
                                |
                               GND

  • IR LED：发射红外光的二极管，通过限流电阻连接Vcc。
  • IR Receiver：常用光电三极管或对射型/反射型光电二极管模块。无光时输出高（或低），有反射光时输出变低（或高）。
  • REF：设定一个合适的电压阈值，当有物体靠近反射光线时，接收器输出变化要超过此阈值才能触发比较器翻转。
  • RpU：上拉电阻。

• 工作原理:

  • 无物体： 红外光射向远方，接收器接收到很少或没有反射光，其输出（连接到IN+）可能小于REF（假设REF设置合理）。输出为低。
  • 有物体靠近： 红外光被物体反射回来，被接收器检测到，接收器输出增大（或减小，取决于接收器类型），使其高于（或低于）REF。输出翻转（如变为高电平）。
  • LM393的输出信号可以直接驱动微控制器（如Arduino）或作为开关信号。

3. 电机堵转/过流保护

检测流过电机的电流是否过大。

• 电路图示意:

                     Vcc
                      |
                     RpU
                      |
                      +-----------> Output (到控制器)
                      |
                      |
       Sense+ -----+-----> IN+
                   |
       Rsense (小阻值电流采样电阻) (例如0.1Ω)
                   |
       Sense- -----+-----> IN-
                   |
      |<-----------| 电机电流I
      V
      GND

  • Rsense：串联在电机回路中的小阻值精密采样电阻（毫欧级别）。流过电机的电流I在其两端产生压降 Vsense = I * Rsense。
  • Sense+：连接到采样电阻高压侧（靠近电源端）。
  • Sense-：连接到采样电阻低压侧（靠近电机端）。
  • REF：设定允许的最大电流对应的Vsense值（REF = Imax * Rsense）。
  • IN+, IN-：这里把采样电压Vsense (Sense+ - Sense-) 接到IN+，REF接到IN-。
  • RpU：上拉电阻。
  • 注意： GND连接务必准确。电机功率地和比较器信号地之间的走线设计很重要。

• 工作原理:

  • 正常工作： Vsense < REF -> Output = 高电平 (电机正常工作)。
  • 过流/堵转：Vsense > REF -> Output = 低电平 (表明电流超过设定阈值)。
  • 控制器检测到输出变低，即可切断电机电源或采取保护措施。

4. 简单的方波发生器（张弛振荡器）

利用比较器和正反馈构成振荡器。

• 电路图示意:

        Vcc
        |
        |
        R1
        |     +-----------+ 
        +-----|IN+        | Output
        |     |           |<-----+------> 方波输出
        C1    |   LM393    |      |
        |     |           |      RpU
       GND ---|IN-    GND |      |
              +-----+-----+      |
                    |           |
       REF >--------+           |
        |                      |
        R2                     |
        |                     GND
        R3
        |
       GND

  • C1：定时电容。
  • R1：与C1构成充放电回路的电阻。
  • R2, R3：用于设定IN-的参考电压REF = Vcc * R3 / (R2 + R3)。
  • RpU：上拉电阻。
  • 关键： IN+通过R1连接到比较器的输出端。这里需要一个反馈回路。

• 工作原理：

  1. 假设初始状态输出为高（接近Vcc），该高电平通过R1对C1充电。
  2. 当C1电压（即IN+）超过IN-的REF电压时，输出翻转变为低（接近0V）。
  3. 此时，C1开始通过R1向低电平输出端放电。
  4. 当C1电压低于IN-的REF电压时，输出再次翻转回高电平。
  5. 重复步骤1-4，形成振荡，在输出端产生连续方波。
     • 振荡频率：主要由R1和C1决定，同时也受R2/R3比值影响。

5. LED电平指示器（基本版）

用多个比较器组合可以制作LED光柱或点阵显示。

• 电路图示意（仅显示一路，多路并联）:

       Vin (音频信号等) >----+-----+----> IN+(所有比较器的IN+都接Vin)
                            |     |
                           REF1 -|> IN- (比较器1的IN-)
                           REF2 -|> IN- (比较器2的IN-)
                           ...   ...
                           REFn -|> IN- (比较器n的IN-)

       (每个比较器独立)
       Vcc
        |
       RpU
        |
       LED
        |
       Output <------ LM393 (Output Pin)
        |
       GND

  • 为每个LED提供一个独立的LM393（或者一个LM393双路驱动两个LED）。
  • 每个比较器的IN+连接相同的输入信号Vin。
  • 每个比较器的IN-连接一个不同的参考电压REF1、REF2、... REFn。这些REF电压通常由串联的电阻分压网络设定，确保REF1 < REF2 < ... < REFn。
  • 每个输出通过RpU（可选，根据LED电流需要调整）驱动一个LED到地（共阳极接法比较常见）。

• 工作原理:

  • 当Vin低于所有REF时，所有比较器输出低，所有LED灭。
  • 当Vin上升到超过REF1但仍低于REF2时，只有连接到REF1的比较器输出高（点亮其LED1），其它比较器输出低（灯灭）。
  • 当Vin上升到超过REF2时，连接到REF1和REF2的两个比较器输出高（点亮LED1和LED2）。
  • 依此类推，输入信号电压越高，点亮的LED数量越多。形成直观的电压幅度指示。

使用LM393的关键提示

1. 上拉电阻（RpU）： 绝对不要忘记！ 开集输出必须有上拉电阻才能产生高电平输出。阻值通常在1KΩ到10KΩ之间，具体取决于所需的速度和电流。
2. 滞回（Schmitt Trigger）： 基本比较器在输入信号接近参考电压且含有噪声时，输出容易产生振荡。增加正反馈电阻可以引入滞回电压，提高抗噪能力和开关速度。这在需要稳定切换的应用（如传感器输入）中非常重要。
3. 输入范围： LM393的输入电压范围略小于电源范围（V+ - 1.5V），确保你的信号和参考电压在工作范围内。
4. 驱动能力： 开集输出的下拉电流能力较强（典型值6mA @ Vout=1.5V），上拉能力完全由上拉电阻决定。驱动较大负载（如继电器、多个LED）时，建议在比较器输出后加一级晶体管（如NPN BJT或N-Channel MOSFET）进行功率放大。
5. PCB设计： 对于高频或高精度应用，注意电源退耦电容（在Vcc和GND引脚间靠近芯片加0.1uF陶瓷电容）和走线设计（特别是参考电压网络和高阻抗输入端）。
6. 替代选择： 如果需要更快的速度、更低的功耗、轨到轨输入/输出特性或者内部参考电压，可以考虑其他比较器（如LM339(四路), TLV1701, MAX9015等）。LM393因其通用性、价格和易用性而非常流行。

这些实例展示了LM393的强大功能。理解其开集输出特性和比较原理，你就能设计出适应各种电压检测、逻辑判断和简单波形生成需求的电路。