A.4. - Traduzioni del data sheet dell'LM311

Comparatore di tensione LM311

A.4.1. - Descrizione generale

L'LM311 è un comparatore di tensione che ha correnti di ingresso più piccole di un centinaio di volte dispositivi quali LM306 o LM710C. Esso è anche progettato per funzionare su un ampio intervallo di tensioni di alimentazione: dall'alimentazione standard di ±15V per amplificatori operazionali all'alimentazione singola di 5V usata per I.C. logici. La sua uscita è compatibile con circuiti RTL, DTL, TTL, MOS. Inoltre, può pilotare lampade o relay, variando la tensione di uscita fino a 40V con una massima corrente di 50mA.

Sia l'ingresso che l'uscita può essere isolata dalla massa del sistema, e l'uscita può pilotare carichi riferiti a massa, all'alimentazione positiva o all'alimentazione negativa. È fornito di bilanciamento dell'offset e possibilità di strobe e le uscite possono essere collegate in Wired-OR. Sebbene più lento dell'LM301 e LM710C (tempo di risposta 200h s contro 40h s) il dispositivo è molto meno sensibili alle oscillazioni spurie. Per un aiuto nelle applicazioni dell'LM311, vedere i "Cenni applicativi".

A.4.2. - Caratteristiche

Funziona con alimentazione singola di 5V.

Massima corrente di ingresso: 250h A.

Massima corrente di offset: 50h A.

Intervallo della tensione differenziale di ingresso: ±30V.

Consumo di potenza: 135mW a ±15V.

A.4.3. - Valori massimi assoluti

Tensione di alimentazione totale (V82) 36V

Uscita rispetto alla tensione di alimentazione negativa (V74) 40V

Massa rispetto alla tensione di alimentazione negativa (V14) 30V

Tensione differenziale di ingresso ±30V

Tensione di ingresso (nota 1) ±15V

Dissipazione di potenza (nota 2) 500mW

Durata del cortocircuito dell'uscita 10s

Intervallo della temperatura di funzionamento da 0°C a 70°C

Intervallo della temperatura di magazzinaggio da -65°C a 150°C

Sovraccarico termico (saldatura, 10s) 300°C

Tensione al pin di strobe +V_CC - 5V

A.4.4. - Note

Questo valore si riferisce a una alimentazione di ±15V. Il limite della tensione positiva di ingresso è 30V rispetto all'alimentazione negativa. Il limite della tensione negativa di ingresso è uguale alla tensione di alimentazione negativa o 30V meno dell'alimentazione positiva, se è minore.

La temperatura massima della giunzione dell'LM311 è 110°C. Per funzionamento a temperature elevate, per dispositivi nel contenitore TO-5 bisogna considerare una resistenza termica di 150°C/W, giunzione ambiente, o 45°C/W, giunzione contenitore. La resistenza termica del contenitore dual-in-line è 100°C/W, giunzione ambiente.

Queste specifiche sono valide per V_S = ±15V e il piedino di massa a massa, e 0°C < T_A < +70°C, salvo altre specifiche. Le specifiche di offset, corrente di offset e corrente di polarizzazione sono valide dalla singola alimentazione di 5V fino all'alimentazione di ±15V.

I valori delle tensioni di offset e delle correnti di offset sono i valori massimi assoluti richiesti per pilotare l'uscita ad un volt dell'una o l'altra alimentazione con un carico di 1mA. Perciò, questi parametri definiscono una banda di errore e tengono conto degli offset del peggiore contenitore, del guadagno di tensione e dell'impedenza di ingresso.

Il tempo di risposta specificato (vedere definizioni) è per un gradino di ingresso di 100mV con un overdrive di 5mV.

Non cortocircuitare il piedino di strobe a massa, bisogna pilotare la corrente a 3 ¸ 5mA.

A.4.5. - Cenni applicativi

Quando un comparatore ad alta velocità, quale LM311, viene utilizzato con ampi segnali di ingresso e sorgenti con piccole impedenze, la risposta dell'uscita sarà normalmente rapida e stabile, assumendo che l'alimentazione sia stata by-passata (con un condensatore a disco di 0,1m F), e che il segnale di uscita è posto ben distante dagli ingressi (pin 2 e 3) e anche lontano dai pin 5 e 6.

Tuttavia, quando il segnale di ingresso è una rampa di tensione o una onda sinusoidale lenta, o se l'impedenza della sorgente è alta (da 1KW a 10KW ), il comparatore può generare oscillazioni nelle vicinanze del punto di commutazione, Ciò è dovuto all'alto guadagno e all'ampia banda passante dei comparatori tipo LM111. Per evitare oscillazioni o instabilità in simili applicazioni, vengono suggerite precise precauzioni, come mostra la figura 1.

I piedini di bilanciamento (piedini 5 e 6) agiscono come ingressi ausiliari insoliti. Se questi piedini non sono collegati a un sistema di bilanciamento, essi sarebbero cortocircuitati fra loro. Se vengono connessi ad un sistema di bilanciamento, una capacità C₁ di 0,01m F fra i piedini 5 e 6 minimizzerà la possibilità di accoppiamento AC. Si utilizza una retroazione positiva come in figura q.

Alcune sorgenti produrranno forme d'onda pulite in uscita dal comparatore se tra i piedini di ingresso viene collegata una capacità C₂ da 100pF a 1000pF.

Quando la sorgente di segnale è applicata attraverso una rete resistiva, R_S, è in genere vantaggioso usare un R_S' dello stesso valore, per considerazioni sia DC sia dinamiche (AC). Resistore al carbone, all'ossido metallico e a strato metallico possono essere ottimamente usate nella circuiteria di ingresso del comparatore. Non sono utilizzabili resistori induttivi a filo.

Quando i circuiti comparatori usano resistori di ingresso (es. resistori sommatori), i loro valori e disposizione sono particolarmente importanti. In tutti i contenitori il corpo del resistore sarà schermato al dispositivo o all'alimentazione. In altre parole esse saranno piombate e di lunghezza molto ridotta o si porrà sul circuito stampato una lamina metallica fra il comparatore e il resistore come schermo. Lo stesso si applica alle capacità, dispositivi, ecc.. Per esempio, se R_S = 10KW , distanze minori di 5 pollici tra i resistori e i piedini di ingresso possono causare oscillazioni molto difficili da smorzare. Intrecciare strettamente i conduttori isolati di questi ingressi è la sola (seconda migliore) alternativa allo schermare i resistori dal comparatore.

Poiché la retroazione a quasi ogni piedino del comparatore può innescare oscillazione, il tracciato del circuito stampato dovrà essere progettato attentamente. Preferibilmente ci sarà un piano a massa sotto la circuiteria dell'LM311, per esempio, un lato di un circuito a doppia faccia. La pista di massa (o la pista dell'alimentazione positiva o negativa) si estenderà fra l'uscita e gli ingressi, per agire come uno schermo. Le piste di connessione per gli ingressi saranno più piccole e compatte possibile, e sarà essenzialmente circondato dalla pista di massa da ogni lato, per prevenire accoppiamenti capacitivi fra ogni segnale a livello alto (lo stesso per l'uscita). Se i piedini 5 e 6 non sono usati, saranno cortocircuitati fra loro. Se essi sono connessi a un trimmer di bilanciamento, il trimmer sarà collocato a poca distanza dall'LM311, e sarà inserita una capacità di 0,01m F. Se questa capacità non può essere usata, una pista di protezione deve essere prevista fra i piedini 5 e 6 sul circuito stampato. I condensatori di by-pass dell'alimentazione saranno posti entro un paio di pollici dall'LM311. (Come altri comparatori bisogna porre nelle immediate vicinanze del comparatore le capacità di by-pass dell'alimentazione).

È procedura standard usare l'isteresi (retroazione positiva) in un comparatore, per prevenire oscillazioni, ed evitare eccessivi rumori sull'uscita perché il comparatore è un ottimo amplificatore per tali rumori. Nel circuito di figura 2, la retroazione fra l'uscita e l'ingresso positivo causerà circa 3mV di isteresi. Tuttavia, se R_S è maggiore di 100W , ad esempio 50KW , non sarà conveniente aumentare semplicemente il valore del resistore di retroazione al di sopra di 510W . Potrà essere usato il circuito di figura 3, ma esso è alquanto malfatto. Vedere le note successive.

Quando entrambi gli ingressi dell'LM311 sono connessi a segnali attivi, o se un segnale ad alta impedenza pilota l'ingresso positivo dell'LM311 in modo che la retroazione positiva sarebbe distruttiva, il circuito di figura 1 è l'ideale. La retroazione positiva al piedino 5 (uno dei piedini di bilanciamento dell'offset). È sufficiente produrre una isteresi di 1 o 2mV e brusche transizioni con segnali triangolari di ingresso da pochi Hz a un centinaio di Hz. Il segnale di retroazione positiva attraverso il resistore di 82W porta a 240mV al di sotto dell'alimentazione positiva. Questo segnale è centrato attorno alla tensione nominale del piedino 5, così questa retroazione non si sommerà alla V_OS del comparatore. Possono essere bilanciati in uscita fino a 8mV di V_OS usando un trimmer di 5KW e un resistore di 3KW , come mostrato.

Queste note applicative valgono specificatamente per le famiglie di comparatori LM111, LM211, LM311, e LF111, e sono applicabili in generale a tutti i comparatori che non hanno pin di bilanciamento.