LM339 是一种经典的四路差动比较器集成电路，广泛应用于各种电子电路中，用于电压比较、信号处理和逻辑电平判断等场合。本文将详细介绍 LM339 的基础知识，包括其基本参数、工作原理、特点及其在实际应用中的功能和用途。

一、LM339 基本概述

LM339 是由德州仪器（Texas Instruments）等公司制造的四通道差动比较器集成电路，具有宽电源电压范围、低功耗、低输入偏置电流等特性，适用于各种需要电压比较的场合。LM339 内部包含四个独立的差动比较器，每个比较器有两个输入端和一个输出端，可独立工作。

LM339 的输入电压可以低至地电位（0V），其输出采用开集电极结构，能够直接驱动 LED 或其他负载。由于其宽工作电压范围和出色的性能，LM339 被广泛应用于传感器接口、限位开关、电压检测等领域。

二、LM339 的技术参数

LM339 的主要技术参数如下：

• 电源电压范围：2V 至 36V

• 输入失调电压：最大5mV

• 输入偏置电流：最大250nA

• 输入电压范围：0V 至（Vcc - 1.5V）

• 输出电流：最大16mA（开漏输出）

• 工作温度范围：-40°C 至 85°C（商用级）或 -55°C 至 125°C（工业级）

这些参数表明 LM339 能够在宽电源电压范围内稳定工作，适用于许多工业和商用应用。此外，其低输入偏置电流和低失调电压特点，使其在精密电压比较需求中表现优秀。

三、LM339 的工作原理

LM339 的工作原理基于运算放大器的比较特性。其内部电路结构类似于运算放大器，但输出采用了开集电极结构，这意味着 LM339 的输出并不能直接提供高电平，而需要外部上拉电阻来提供高电平电压。

在每个比较器中，当正输入端电压高于负输入端电压时，输出端被拉低至接近地电位（低电平），即导通状态；相反，当正输入端电压低于负输入端电压时，输出端保持为高阻抗状态，输出电平由外部上拉电阻决定。

这种开集电极的输出方式允许多个 LM339 的输出端口连接在一起，通过上拉电阻实现“与”逻辑运算，这在一些逻辑控制电路中十分有用。

四、LM339 的主要特点

1. 低功耗：LM339 的功耗极低，适用于对功耗敏感的应用。

2. 宽电源电压范围：可以在2V至36V的宽电压范围内工作，既适合低电压系统，也适合高电压系统。

3. 低输入失调电压和低输入偏置电流：这使得 LM339 能在高精度比较应用中表现良好。

4. 输出为开集电极结构：输出的开集电极结构允许多个输出端并联，可以直接驱动负载。

5. 宽输入电压范围：输入电压范围从0V到（Vcc-1.5V），适合直接连接各种传感器和信号源。

五、LM339 的典型应用

1. 电压比较器

LM339 常用于电压比较电路中，以检测电压的高低。当输入信号电压达到预设阈值时，LM339 的输出状态会发生变化，从而触发控制电路的后续操作。典型应用包括电压监控、欠压和过压保护等。

2. 窗口比较器

窗口比较器是一种常见的电压监控电路，用于判断输入信号是否在预设的电压范围内。LM339 的四个比较器可以组合成一个窗口比较器，通过对输入信号与上下限阈值的比较，判断其是否处于窗口范围内，若超出范围，则输出信号报警。

3. 零交叉检测

在交流信号处理电路中，零交叉检测用于检测交流信号从正半周切换至负半周的时刻，常用于相位检测和同步电路。通过 LM339 的差动比较功能，能够实现对信号零交叉的精确检测。

4. PWM 信号生成

LM339 也可以用于生成脉宽调制（PWM）信号。通过一个 RC 振荡电路来提供参考电压，并与输入信号比较，生成相应的 PWM 信号，广泛应用于电机控制和亮度调节等场景。

5. 传感器信号调理

在传感器接口电路中，LM339 可用作信号调理器，放大或比较传感器输出信号。例如，在温度监控电路中，可将热敏电阻的输出信号输入 LM339 进行比较，当温度超出设定范围时发出警告信号。

六、LM339 的典型应用电路

1. 基本电压比较电路

一个简单的应用电路是将 LM339 用于电压比较。如在电池电压检测电路中，可将电池电压输入 LM339 的正输入端，并将基准电压输入负输入端。若电池电压低于基准电压，LM339 输出低电平信号，触发报警或其他保护措施。

2. 过压与欠压保护电路

LM339 的四路比较器可用于构建过压与欠压保护电路。将电源电压输入 LM339 的正输入端，并设置一个高于正常电压的上限和一个低于正常电压的下限。当电源电压超出正常范围时，LM339 输出变化，触发保护机制。

3. 方波振荡器

LM339 还可以用来构建方波振荡器，将输出反馈到负输入端，通过设置适当的反馈电路产生方波信号，常用于蜂鸣器控制或简单的时钟电路。

七、LM339 使用注意事项

1. 输入电压范围：LM339 的输入电压范围为0V至（Vcc-1.5V），在设计电路时应确保输入信号不超过此范围，以避免误动作。

2. 上拉电阻的选择：由于 LM339 的输出是开集电极结构，需要连接上拉电阻。通常选择的上拉电阻值在1kΩ至10kΩ之间，具体值视负载和响应速度需求而定。

3. 去耦电容：在电源端应添加适当的去耦电容（如 0.1μF），以滤除电源噪声，确保 LM339 稳定工作。

4. 输入保护：若输入电压可能超过电源电压范围，建议在输入端加装限流电阻或二极管，以保护 LM339 不受过压损坏。

八、LM339 的封装与选型

LM339 常见的封装类型有 DIP-14 和 SOIC-14，适合不同的 PCB 设计需求。在选型时，可以根据应用环境的温度和稳定性需求选择工业级或商用级产品。此外，市场上有多个品牌的兼容产品，如 ON Semiconductor、STMicroelectronics 等，性能接近。

九、LM339 在实际应用中的优势

1. 高性价比：LM339 以其低成本、高稳定性等特点，成为许多电子工程师的首选。

2. 广泛的应用场景：从简单的电压比较到复杂的控制电路，LM339 都能胜任。

3. 易于设计和调试：其稳定性和宽容性使得电路设计过程更加简单，适合入门和工业级项目。

十、总结

LM339 作为一种经典的四路差动比较器，凭借其广泛的电压工作范围、低功耗和灵活的开集电极输出设计，成为现代电子电路中不可或缺的基本组件。无论是用于电压比较、信号检测，还是逻辑控制电路，LM339 都表现出色。在设计和应用 LM339 时，电路工程师应根据具体需求合理选择和配置，以实现最佳的应用效果。