LM393コンパレータ完全ガイド：ピン配置・特徴・応用・動作原理

電圧コンパレータは、2つの電流または電圧を比較し、出力でどちらが大きいかを判断する電子部品です。一般的に、コンパレータはスイッチを備えた小型ボルテメーターのようなものです。LM311、LM393など様々なコンパレータがありますが、ここではLM393に焦点を当てます。

LM393とは

LM393は、単一電源で異なるタスクを実行する2つの内蔵オペアンプを持つ集積回路です。また、分割電源でも動作可能で、デュアルパッケージコンパレータICです。

IC LM393コンパレータは、シングル8ピンパッケージに2つの独立した電圧コンパレータを内蔵しています。以下の表で、8ピンパッケージのピンアウトと各ピンの機能を詳しく説明します。

LM393の特徴と仕様

LM393 ICの特徴には以下のパラメータと値があります：

IC LM393が+5V電源電圧回路を受け取る例で説明します。

ピン8（電源電圧ピン）を+5V電源電圧に接続。ピン4をグラウンドに接続し、回路を0V電位で保持。
以下のサンプル回路から、ピン7の電圧がピン2より低いときに高出力電圧が得られることがわかります。さらに、可変抵抗器で非反転端子電圧を可変し、反転端子電圧は2.5V固定。
ピン6とピン5は、DCオフセット電圧を手動で調整する必要がある場合に電圧バランスを助けます。通常、入力オフセット電流がより良い制御を持つため、非アクティブでショートされている場合があります。
最後に、接地されたピン1とトランジスタのピン7（コレクタピン）で出力を取得。この2ピンがコレクタ出力回路と呼ばれる回路設計に寄与します。

IC LM393が手に入らない場合、同等品や代替品を使用できます。例：LM358、LM311、LM741、LM193、TL082、LM339、LM293、LM2903。

このLM393 ICベースの夜間ライト回路では、電圧コンパレータの原理から始めます。また、電圧分圧回路をよく制御するフォトレジスタを使用します。

まず、LM393 ICにはGNDとVccの2つの電源入力があることを理解する必要があります。GNDは電圧源のグラウンドワイヤー、Vccは約36Vまでの正電圧供給です。この2つの電源端子が電源レーンを完成させ、回路動作を可能にします。

通常、オペアンプICは個別に動作し、独立した結果を生成します。LM393 ICは2つの内部オペアンプで構成されます。さらに、各オペアンプは2つの出力と入力を持ちます。

しかしこの場合、IC LM393は1つのオペアンプのみを使用するため、もう1つのオペアンプは未接続です。また、ここでの回路は1つの電圧/電流レベルのみをチェックするため、1つのオペアンプで十分です。

ICに電源を投入後、電圧値を比較。反転端子電圧が非反転電圧より高いと、オペアンプ出力がグラウンドレベルに低下。これにより、正電源からGNDへ電流が流れます。
逆に、非反転電圧が高いとオペアンプ出力がVcc（正電源電圧）で維持されます。その後、負荷両端に電位差がないため電流は流れません。
反転端子の高電圧で負荷（LED）がON。逆に反転端子の低電圧でLEDがOFF。
回路はLEDを負荷としてではなく、フォトレジスタで光検出を行います。フォトレジスタは表面に当たる光に依存する抵抗を持ちます。つまり、明るい光にさらされると抵抗が減少し、暗闇では増加します。
固定抵抗器とフォトレジスタで分圧回路を接続できます。フォトレジスタが暗闇を検出すると、抵抗が少ないためより多くの電圧を使用します。しかし、明るい光では抵抗増加により低電圧使用になります。
最終的に、暗闇でLEDがON、明るい光でOFFを保証するコンパレータ回路が完成します。簡潔に言えば、非反転端子入力電圧が基準電圧として機能します。基準電圧は暗闇でフォトレジスタ電圧より低く、明るい光ではその逆になります。

LM393 ICは以下の幅広い用途で見つかります：

まとめると、LM393 ICは単一電源、デュアル、低消費電力、低オフセット電圧、差動電圧コンパレータです。現在、自動車、産業、教育用途などで広く適用されています。

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