Компараторы с однополярным питанием

Компараторы с однополярным питанием удобны для использования в носимой аппаратуре, имеющей батарейное питание, легко сопрягаются с КМОП и ТТЛ цифровыми схемами, поэтому они получили широкое распространение. Одна из первых моделей LM139/239/339 (отечественный аналог— 1401СА1), была создана Р. Видларом в начале 70-х годов прошлого века и оказалась настолько удачной, что и поныне выпускается несколькими фирмами в больших количествах и многих модификациях (LM3302, LM393, TL331 и др.). ИМС LM139 представляет собой маломощный счетверенный компаратор среднего быстродействия с выходом в виде биполярного транзистора с открытым коллектором.

Схема входного каскада одного их четырех компараторов LM139 приведена на рисунке.

Схема входного усилительного каскада компаратора LM139

Транзисторы включенные попарно по схеме Дарлингтона, составляют дифференциальный входной каскад с нагрузкой в виде токового зеркала на транзисторах Это позволяет преобразовать дифференциальный входной сигнал в несимметричный выходной без потери усиления. Такое включение позволяет оперировать с синфазными входными сигналами, сниженными вплоть до потенциала общей шины (земли). Если оба входа имеют потенциал общей ши­ны, то напряжения эмиттеров транзисторов относительно общей ши­ны равны а эмиттеров транзисторов Для переключения компаратора достаточно, чтобы потенциалы коллекторов транзисторов и токового зеркала были бы выше потенциала общей шины на величину Поскольку транзисторы могут работать с нулевыми напряжениями коллектор—база, то компаратор нормально работает при Однако при переходе через эту границу, может произойти отпирание диода подложки, что приведет к непредсказуемому состоянию выхода или даже к повреждению компаратора, если входные токи не ограничены.

На следующем рисунке показана упрощенная схема компа­ратора LM139 с выходным каскадом.

В каскадах с общим эмиттером на транзисто­рах осуществляется дополнительное уси­ление разностного сигнала. Коллектор транзистора оставлен открытым, чтобы обеспечить более гибкое применение компаратора.

Упрошенная схема компаратора lm139

Включение нагрузочного, так называемого «подтягивающего» (pull-up), рези­стора между коллектором или любым другим источником питания с напряжением вплоть до +36 В позволяет управлять сравнительно мощной на­грузкой, например, индикаторами или реле. Несколько выходов могут быть со­единены вместе, для того, чтобы обеспечить логическую операцию «проводное (монтажное) И/ИЛИ». Транзистор в полностью открытом состоянии обес­печивает ток коллектора (нагрузки) до 15 мА. При этом его напряжение коллек­тор—эмиттер не превышает 1 В. При коллекторном токе 4 мА типичное значе­ние этого напряжения составляет 0.25 В.

Источники тока по 3.5 мкА каждый используются для ускорения перезаряда паразитных емкостей эмиттеров транзисторов что увеличивает скорость нарастания входного каскада. Диоды установлены для защиты от пробоя перехода база—эмиттер транзисторов при больших колебаниях входного напряжения.