LM193A/LM193QML：低功耗低失调电压双比较器的卓越之选

在电子工程师的设计世界里，比较器是常用的基础器件之一。今天，我们就来详细探讨德州仪器（TI）的LM193A/LM193QML低功耗低失调电压双比较器，看看它有哪些独特的特性和优势，以及在实际应用中需要注意的要点。

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一、特性亮点

1. 辐射保障

这两款比较器具备辐射保障能力，总电离剂量可达100 krad(Si)，并且无增强低剂量率效应（ELDRS）100 krad(Si)。这一特性使得它们在一些对辐射敏感的应用场景，如航天、核工业等领域具有重要的应用价值。大家可以思考一下，在辐射环境下，普通的比较器可能会出现性能下降甚至损坏的情况，而LM193A/LM193QML却能保持稳定，这对于保障系统的可靠性是多么关键。

2. 宽电源电压范围

其电源电压范围为 (2.0 ~V{DC}) 到 (36 ~V{DC})，支持单电源或双电源供电，单电源供电时为 ±1.0V 到 ±18V。如此宽的电源电压范围，为工程师在设计电源电路时提供了更多的灵活性。比如，在一些电池供电的设备中，可以根据电池的电压选择合适的供电方式，而不需要额外的电压转换电路。

3. 低功耗特性

供应电流极低，仅为0.4 mA，并且与电源电压无关。这意味着在不同的电源电压下，比较器的功耗都能保持在较低水平，非常适合电池供电的应用场景。同时，低输入偏置电流（典型值为25 nA）和低输入失调电流（典型值为 ±5 nA）也进一步降低了功耗，提高了比较器的性能。

4. 输入输出特性优良

输入共模电压范围包含地，差分输入电压范围等于电源电压。输出饱和电压低，在4 mA 时典型值为250 mV，并且输出电压与TTL、DTL、ECL、MOS和CMOS逻辑系统兼容。这些特性使得LM193A/LM193QML能够与各种逻辑电路直接接口，简化了电路设计。

二、优势分析

1. 高精度比较

具有高精度的比较能力，降低了温度对失调电压 (v_{os }) 的漂移影响。在一些对精度要求较高的应用中，如传感器信号处理、精密测量等领域，能够提供准确的比较结果。

2. 单电源设计

消除了对双电源的需求，允许在接近地的位置进行传感。这不仅简化了电源电路的设计，还降低了成本和电路板的面积。

3. 逻辑兼容性强

与所有形式的逻辑系统兼容，并且功耗适合电池操作。这使得它在各种数字电路和电池供电设备中都能得到广泛应用。

三、详细参数

1. 绝对最大额定值

参数	数值
电源电压 (V^{+})	36V DC 或 ±18V DC
差分输入电压	36V
输入电压	− 0.3V DC 到 +36V DC
输入电流（(V_{IN} < − 0.3V DC)）	50 mA
最大结温	150°C
功耗（TO - 99）	660 mW
功耗（CDIP）	780 mW
输出短路到地	连续
工作温度范围	− 55°C ≤ (T_{A}) ≤ +125°C
存储温度范围	− 65°C ≤ (T_{A}) ≤ +150°C
热阻 (theta_{JA})（TO - 99，静止空气）	174°C/W
热阻 (theta_{JA})（TO - 99，500LF/Min 空气流动）	99°C/W
热阻 (theta_{JA})（CDIP，静止空气）	146°C/W
热阻 (theta_{JA})（CDIP，500LF/Min 空气流动）	85°C/W
热阻 (theta_{JC})（TO - 99）	44°C/W
热阻 (theta_{JC})（CDIP）	33°C/W
引脚温度（焊接，10 秒）	260°C
ESD 容限	500V

这些参数为工程师在设计电路时提供了安全边界，确保比较器在正常工作范围内不会受到损坏。例如，在选择电源电压时，必须确保不超过最大额定值，否则可能会导致比较器损坏。

2. 电气特性

文档中详细列出了直流参数和交流参数，包括供应电流、输出漏电流、输出灌电流、输出饱和电压、输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、共模电压、电源抑制比、共模抑制比、电压增益等。这些参数在不同的测试条件下有不同的取值范围，工程师需要根据实际应用场景选择合适的参数。比如，在设计一个高精度的比较电路时，需要关注输入失调电压和输入偏置电流的参数，以确保比较结果的准确性。

四、应用提示

1. 振荡问题

LM193系列是高增益、宽带宽的器件，容易因输出引脚通过杂散电容与输入引脚发生电容耦合而产生振荡。解决这个问题可以采用标准的PC板布局，减少杂散输入 - 输出耦合；将输入电阻降低到 (<10 ~K Omega)，以降低反馈信号水平；添加少量（1.0 到 10 mV）的正反馈（迟滞），使输出状态快速转换，避免因杂散反馈引起的振荡。如果输入信号是脉冲波形，且上升和下降时间相对较快，则不需要使用迟滞。

2. 输入引脚处理

所有未使用的比较器的输入引脚应连接到负电源，以避免干扰。

3. 电源旁路

在 (2.0 ~V{DC}) 到 (30 ~V{DC}) 的范围内，LM193系列的偏置网络建立的漏电流与电源电压的大小无关，通常不需要在电源线上使用旁路电容。

4. 输入电压保护

输入电压的正向偏移可以超过电源电平，但低输入电压状态不得低于 −0.3V（如果使用负电源，则不得低于负电源幅值的0.3V）。应提供保护措施，防止输入电压在25°C时负向超过 −0.3 VDC，可以使用输入钳位二极管进行保护。

5. 输出特性

输出是接地发射极NPN输出晶体管的未连接集电极，多个集电极可以连接在一起以提供输出或功能。输出上拉电阻可以连接到允许的电源电压范围内的任何可用电源电压，并且该电压不受施加到LM193封装 (V^{+}) 端子的电压大小的限制。输出还可以用作简单的单刀单掷（SPST）开关接地。

五、典型应用

文档中给出了多种典型应用电路，如基本比较器、带迟滞的非反相比较器、带迟滞的反相比较器、输出选通、大扇入与门、限幅比较器、比较相反极性的输入电压、输出或功能、过零检测器、单稳态多谐振荡器、双稳态多谐振荡器、时间延迟发生器、MOS时钟驱动器等。这些应用电路为工程师提供了实际设计的参考，大家可以根据自己的需求进行选择和修改。

六、总结

LM193A/LM193QML低功耗低失调电压双比较器具有诸多优秀的特性和优势，在各种电子设备中都能发挥重要作用。工程师在使用时，需要充分了解其参数和应用提示，根据实际需求进行合理设计，以确保电路的性能和可靠性。同时，随着电子技术的不断发展，我们也可以期待德州仪器推出更多性能更优的比较器产品。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。