LM393 是一种高增益、低功耗的双电压比较器，它采用开路集电极输出结构，能够提供多集电极输出或 OR-ing 功能。LM393 的输出负载电阻可以连接至电源电压范围内的任何电压值，而不受限于 Vcc 端的电压。它的输出部分适用于多种配置，可以作为简单的 SPS（开路至地配置）或电流吸收器使用，但电流吸收能力受到驱动器和器件的 β 值限制。当输出电流达到最大值（16mA）时，输出晶体管将关闭，导致输出电压迅速升高。

主要功能：

• 输出负载电阻：
  LM393 的输出负载电阻可以接入电源电压范围内的任何电压，不受 Vcc 电压值的限制。其输出电流吸收能力受限于输出晶体管的驱动和 β 值，当电流达到最大值（16mA）时，输出晶体管会退出，导致输出电压快速上升。

• 输出电压限制：
  输出饱和电压受输出晶体管约 60Ω 的饱和电压（γSAT）限制。在负载电流较小时，输出晶体管的低失调电压（约 1.0mV）能够使输出电压钳位在零电平，保持稳定。

工作原理：

LM393 是一款电压比较器，它将输入的电压信号进行比较，输出相应的电平。在光照应用中，LM393 的工作原理如下：

• 当接收到光信号时，光敏二极管的电阻值发生变化，电压信号被传送至电压比较器的同相输入端（INB+）。

• 该信号与反相输入端（INA-）的参考电压进行比较：

• 如果同相端 INB+ 的电压大于反相端 INA- 的电压，输出端（OUT）输出高电平。

• 如果同相端 INB+ 的电压小于反相端 INA- 的电压，输出端（OUT）输出低电平，驱动 LED 灯亮起。

当没有光照时，光敏二极管的电阻很大，电压升高，使得同相端 INB+ 的电压大于反相端 INA- 的电压，电压比较器输出高电平，LED 灯熄灭。光照时，光敏二极管的电阻较小，电压下降，使得同相端 INB+ 的电压低于反相端 INA- 的电压，电压比较器输出低电平，LED 灯亮起。

调节灵敏度：
反相端 INA- 端的电位器 VR2 用于调整输入电压的阈值，以设定感光灵敏度。

应用说明：

LM393 是一款高增益、宽带宽的器件。在使用时，电压比较器可能会因为输出端和输入端之间的寄生电容而发生振荡，特别是在比较器状态改变时，输出电压的跳变间隙中更容易出现这一现象。为了避免这种振荡，建议采用以下设计优化措施：

• 降低输入电阻： 将输入电阻减小至 10K 以下可降低反馈信号。

• 增加正反馈： 即使是非常小的正反馈（滞后 1.0~10mV）也能引起快速开关，有助于避免振荡。

• 使用滞后： 如果输入信号是脉冲波形且上升和下降时间较快，滞后不一定需要使用。

此外，未使用的引脚应接地，以避免影响器件性能。

偏置网络与电源设计：

• 电源电压范围： LM393 可以在 2.0V 至 30V 的电源电压范围内工作，且静态电流与电源电压范围无关。

• 电源旁路： 在大多数应用中，LM393 不需要额外的旁路电容。

保护电路：

LM393 的差分输入电压可以大于 Vcc 而不会损坏器件，但输入电压不得超过负端 -0.3V，以保护内部电路免受损坏。

输出特性：

LM393 的输出是一个集电极开路、发射极接地的 NPN 输出晶体管。当输出电流达到最大值（16mA）时，输出晶体管将关闭，输出电压迅速升高。此输出设计支持多集电极输出或 OR-ing 功能，且适用于各种负载电阻配置。

总结：

LM393 是一款高增益、宽带宽的双电压比较器，适用于多种应用，包括光电检测、电压比较、信号处理等。它具备灵活的输出配置、低失调电压和宽输入电压范围，非常适合电池供电和低功耗系统。在设计时需注意输入输出的寄生电容和可能的振荡问题，通过合适的设计优化可确保其稳定工作。