LM339 是一種經典的四路差動比較器集成電路，廣泛應用于各種電子電路中，用于電壓比較、信號處理和邏輯電平判斷等場合。本文將詳細介紹 LM339 的基礎知識，包括其基本參數、工作原理、特點及其在實際應用中的功能和用途。

一、LM339 基本概述

LM339 是由德州儀器（Texas Instruments）等公司制造的四通道差動比較器集成電路，具有寬電源電壓范圍、低功耗、低輸入偏置電流等特性，適用于各種需要電壓比較的場合。LM339 內部包含四個獨立的差動比較器，每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端，可獨立工作。

LM339 的輸入電壓可以低至地電位（0V），其輸出采用開集電極結構，能夠直接驅動 LED 或其他負載。由于其寬工作電壓范圍和出色的性能，LM339 被廣泛應用于傳感器接口、限位開關、電壓檢測等領域。

二、LM339 的技術參數

LM339 的主要技術參數如下：

• 電源電壓范圍：2V 至 36V

• 輸入失調電壓：最大5mV

• 輸入偏置電流：最大250nA

• 輸入電壓范圍：0V 至（Vcc - 1.5V）

• 輸出電流：最大16mA（開漏輸出）

• 工作溫度范圍：-40°C 至 85°C（商用級）或 -55°C 至 125°C（工業級）

這些參數表明 LM339 能夠在寬電源電壓范圍內穩定工作，適用于許多工業和商用應用。此外，其低輸入偏置電流和低失調電壓特點，使其在精密電壓比較需求中表現優秀。

三、LM339 的工作原理

LM339 的工作原理基于運算放大器的比較特性。其內部電路結構類似于運算放大器，但輸出采用了開集電極結構，這意味著 LM339 的輸出并不能直接提供高電平，而需要外部上拉電阻來提供高電平電壓。

在每個比較器中，當正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，輸出端被拉低至接近地電位（低電平），即導通狀態；相反，當正輸入端電壓低于負輸入端電壓時，輸出端保持為高阻抗狀態，輸出電平由外部上拉電阻決定。

這種開集電極的輸出方式允許多個 LM339 的輸出端口連接在一起，通過上拉電阻實現“與”邏輯運算，這在一些邏輯控制電路中十分有用。

四、LM339 的主要特點

1. 低功耗：LM339 的功耗極低，適用于對功耗敏感的應用。

2. 寬電源電壓范圍：可以在2V至36V的寬電壓范圍內工作，既適合低電壓系統，也適合高電壓系統。

3. 低輸入失調電壓和低輸入偏置電流：這使得 LM339 能在高精度比較應用中表現良好。

4. 輸出為開集電極結構：輸出的開集電極結構允許多個輸出端并聯，可以直接驅動負載。

5. 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍從0V到（Vcc-1.5V），適合直接連接各種傳感器和信號源。

五、LM339 的典型應用

1. 電壓比較器

LM339 常用于電壓比較電路中，以檢測電壓的高低。當輸入信號電壓達到預設閾值時，LM339 的輸出狀態會發生變化，從而觸發控制電路的后續操作。典型應用包括電壓監控、欠壓和過壓保護等。

2. 窗口比較器

窗口比較器是一種常見的電壓監控電路，用于判斷輸入信號是否在預設的電壓范圍內。LM339 的四個比較器可以組合成一個窗口比較器，通過對輸入信號與上下限閾值的比較，判斷其是否處于窗口范圍內，若超出范圍，則輸出信號報警。

3. 零交叉檢測

在交流信號處理電路中，零交叉檢測用于檢測交流信號從正半周切換至負半周的時刻，常用于相位檢測和同步電路。通過 LM339 的差動比較功能，能夠實現對信號零交叉的精確檢測。

4. PWM 信號生成

LM339 也可以用于生成脈寬調制（PWM）信號。通過一個 RC 振蕩電路來提供參考電壓，并與輸入信號比較，生成相應的 PWM 信號，廣泛應用于電機控制和亮度調節等場景。

5. 傳感器信號調理

在傳感器接口電路中，LM339 可用作信號調理器，放大或比較傳感器輸出信號。例如，在溫度監控電路中，可將熱敏電阻的輸出信號輸入 LM339 進行比較，當溫度超出設定范圍時發出警告信號。

六、LM339 的典型應用電路

1. 基本電壓比較電路

一個簡單的應用電路是將 LM339 用于電壓比較。如在電池電壓檢測電路中，可將電池電壓輸入 LM339 的正輸入端，并將基準電壓輸入負輸入端。若電池電壓低于基準電壓，LM339 輸出低電平信號，觸發報警或其他保護措施。

2. 過壓與欠壓保護電路

LM339 的四路比較器可用于構建過壓與欠壓保護電路。將電源電壓輸入 LM339 的正輸入端，并設置一個高于正常電壓的上限和一個低于正常電壓的下限。當電源電壓超出正常范圍時，LM339 輸出變化，觸發保護機制。

3. 方波振蕩器

LM339 還可以用來構建方波振蕩器，將輸出反饋到負輸入端，通過設置適當的反饋電路產生方波信號，常用于蜂鳴器控制或簡單的時鐘電路。

七、LM339 使用注意事項

1. 輸入電壓范圍：LM339 的輸入電壓范圍為0V至（Vcc-1.5V），在設計電路時應確保輸入信號不超過此范圍，以避免誤動作。

2. 上拉電阻的選擇：由于 LM339 的輸出是開集電極結構，需要連接上拉電阻。通常選擇的上拉電阻值在1kΩ至10kΩ之間，具體值視負載和響應速度需求而定。

3. 去耦電容：在電源端應添加適當的去耦電容（如 0.1μF），以濾除電源噪聲，確保 LM339 穩定工作。

4. 輸入保護：若輸入電壓可能超過電源電壓范圍，建議在輸入端加裝限流電阻或二極管，以保護 LM339 不受過壓損壞。

八、LM339 的封裝與選型

LM339 常見的封裝類型有 DIP-14 和 SOIC-14，適合不同的 PCB 設計需求。在選型時，可以根據應用環境的溫度和穩定性需求選擇工業級或商用級產品。此外，市場上有多個品牌的兼容產品，如 ON Semiconductor、STMicroelectronics 等，性能接近。

九、LM339 在實際應用中的優勢

1. 高性價比：LM339 以其低成本、高穩定性等特點，成為許多電子工程師的首選。

2. 廣泛的應用場景：從簡單的電壓比較到復雜的控制電路，LM339 都能勝任。

3. 易于設計和調試：其穩定性和寬容性使得電路設計過程更加簡單，適合入門和工業級項目。

十、總結

LM339 作為一種經典的四路差動比較器，憑借其廣泛的電壓工作范圍、低功耗和靈活的開集電極輸出設計，成為現代電子電路中不可或缺的基本組件。無論是用于電壓比較、信號檢測，還是邏輯控制電路，LM339 都表現出色。在設計和應用 LM339 時，電路工程師應根據具體需求合理選擇和配置，以實現最佳的應用效果。