LM393 vs LM339 – zamiana komparatorów, parametry elektryczne, Texas Instruments

Pytanie

Czy można na próbę zamienić LM393 na LM339 , oczywiście pomijajac wyprowadzenia które to sa różne. Chodzi mi o parametry elektryczne.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak, jeden z czterech komparatorów w LM339 może w większości zastosowań zastąpić pojedynczy komparator LM393 – ich podstawowe parametry elektryczne są praktycznie takie same.
• Trzeba jednak:
  • przemapować wyprowadzenia,
  • zasilić układ w tym samym zakresie (2 – 36 V),
  • „uspokoić” nieużywane wejścia pozostałych trzech komparatorów LM339,
  • zweryfikować nieco wyższy łączny prąd zasilania (≈0,8 mA vs ≈0,4 mA dla LM393).

Szczegółowa analiza problemu

1. Porównanie danych katalogowych (typowe wartości 25 °C, TI)

W praktyce z punktu widzenia jednego kanału układy są wymienne. Jedyna istotna różnica to:

1. Liczba kanałów (2 vs 4), co skutkuje inną obudową i pinoutem.
2. Suma prądów spoczynkowych (LM339 pobiera ~0,2 mA na kanał, ale ~2× więcej jako układ).

2. Czemu parametry są tak zbieżne?

LM339 był pierwszym członkiem rodziny (quad). LM393 to późniejsza wersja „wydzielająca” dwa z czterech torów i zamykająca je w DIP-8/SO-8. Topologia wewnętrzna, technologia bipolarna i punkt pracy pozostały te same, więc parametry pojedynczego komparatora są praktycznie identyczne.

3. Aspekty praktyczne zamiany

1. Pin-mapping – konieczne przelutowanie przewodami lub adapter DIP-14 ↔ DIP-8.
2. Nieużywane komparatory LM339:
   • IN+ do GND, IN− do VCC (lub odwrotnie) – wymusza stan niski na wyjściu.
   • Wyjścia OPEN-COLL można zostawić niepodłączone.
3. Rezystor podciągający wyjście – pozostawić jak w oryginale; oba układy tolerują ≤5 mA zalecanego prądu sink (TI AN SNOAA35F).
4. Decoupling – typowa 100 nF między VCC a GND blisko pinu 3/12 (LM339) zamiast 8/4 (LM393).
5. Jeśli układ bateryjny pracuje w trybie ultraniskiego poboru (<100 µA), rozważyć wersje „B” (LM393B/LM339B) lub współczesne CMOS-owe odpowiedniki (np. TLV1702).

Aktualne informacje i trendy

• Texas Instruments w 2024 r. wprowadził serie „B” (LM339B, LM393B, TL331B): mniejszy offset (0,4 mV typ), 10× niższy IB, szybszy czas propagacji (0,3 µs) i o ~30 % niższy ICC.
• Rynek przesuwa się w stronę mikromocy komparatorów CMOS (np. TLV3691 – 75 nA), ale rodzina LM33x utrzymuje się dzięki szerokiemu VCC i odporności na zakłócenia.
• Popularne są adaptery SMD→DIP i gotowe płytki testowe pozwalające wlutować LM339 w miejsce LM393 przy prototypowaniu.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Open-collector = brak tranzystora podciągającego; poziom HIGH zależy wyłącznie od rezystora pull-up.
• Zakres napięć wejściowych kończy się na VCC – 1,5 V; przy pomiarze napięć bliskich VCC może być potrzebny dzielnik albo histereza Schmitta.
• Czas opadania wyjścia jest szybki (tranzystor nasycony), czas narastania zależy od τ = RPULL-UP·CLOAD – TI zaleca 100 µA – 1 mA.

Aspekty etyczne i prawne

• Zamiana w sprzęcie medycznym, automotive czy urządzeniach bezpieczeństwa wymaga formalnej rekwalifikacji (ISO 26262, IEC 60601).
• Obie rodziny są dostępne w wersjach zgodnych z RoHS/REACH; stare partie ołowiowe mogą naruszać dyrektywy.
• Uwaga na nieautoryzowane klony – w Internecie spotyka się podróbki z wyższym offsetem i mniejszą zdolnością prądową.

Praktyczne wskazówki

1. Przed uruchomieniem sprawdź, czy dodatkowy pobór prądu (≈0,4 mA) nie wpływa np. na linię 3,3 V o ograniczonej wydajności.
2. Przy dużych wahaniach temperatury >85 °C zwróć uwagę na specyfikację wybranego producenta (OnSemi, ST, TI – różnice w VO(SAT) i ICC).
3. W symulacjach SPICE możesz użyć modelu LM339 i „wyłączyć” trzy kanały, by odzwierciedlić zachowanie LM393.
4. Aby uprościć montaż, są dostępne konwertery „SO-14-to-SO-8” lub „DIP-14-to-DIP-8”, które odcinają nieużywane sekcje.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• W aplikacjach o krytycznym bilansie energetycznym (czujniki bateryjne, IoT) nawet dodatkowe 0,4 mA może być nieakceptowalne.
• Nieliczne, bardzo szybkie układy (f>500 kHz) mogą odczuć różnice w pojemnościach pasożytniczych obudowy DIP-14.
• Przy pracy z napięciami wejściowymi poniżej 0 V (zasilanie symetryczne) trzeba upewnić się, że zarówno LM393, jak i LM339 danej firmy obsługują ±1 V.

Sugestie dalszych badań

• Zapoznać się z notą TI “Application Design Guidelines for LM339, LM393, TL331 Family Comparators Including the New B-versions” (SNOAA35F, 12-2024).
• Przetestować zamianę w środowisku temperaturowym (komora –40…125 °C) dla aplikacji przemysłowych.
• Rozważyć migrację do nowoczesnych, pin-kompatybilnych układów TLV1702/TLV1704 (CMOS, rail-to-rail).
• Sprawdzić alternatywę w kasecie SOP-8: LM393B (najnowszy drop-in, lepsze parametry bez zmiany PCB).

Krótkie podsumowanie

Z punktu widzenia jednego kanału komparatora LM339 i LM393 są praktycznie identyczne: ten sam zakres zasilania, offset, prądy wejściowe, czasy propagacji i wyjście open-collector. Zamiana jest więc możliwa, o ile:

1. poprawnie zmienisz pinout,
2. „uśpisz” niewykorzystane sekcje LM339,
3. zaakceptujesz nieco wyższy całkowity prąd zasilania.

W większości zastosowań hobbystycznych i laboratoryjnych taka próba nie sprawi problemów, a w rozwiązaniach produkcyjnych wymaga jedynie standardowej weryfikacji EMC, termicznej i energetycznej.