LM2903是一款广受欢迎的双路低功耗电压比较器，广泛应用于各种电子设计中。它以其宽泛的工作电压范围、低功耗以及兼容多种逻辑电平的输出特性而闻名。本文将对LM2903的引脚图、工作电压以及其在各种电路应用中的详细情况进行深入探讨，旨在为读者提供一个全面而详尽的理解。

　　LM2903概述

　　LM2903是一款由多种半导体制造商生产的通用型双路电压比较器。它由两个独立的电压比较器组成，能够将两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出相应的逻辑电平。这种比较器的独特之处在于，它可以在宽泛的单电源电压下工作，同时也能支持双电源供电模式。其低功耗特性使其成为电池供电应用和对功耗敏感系统的理想选择。LM2903的输出兼容TTL、DTL、ECL、MOS和CMOS等多种数字逻辑系统，这极大地扩展了其应用范围。

　　LM2903系列比较器在设计上特别注重在广泛电压范围内的单电源操作。即便在单电源供电的情况下，其输入共模电压范围也能包含负电源轨（地），这为工程师在设计电路时提供了极大的灵活性。这种特性在许多需要检测接近地电平信号的应用中尤为重要。此外，LM2903还具有低输入偏置电流和低输入失调电流的优点，这些参数对于提高比较精度和稳定性至关重要。其输出饱和电压低，意味着在输出低电平（L）时，输出电压非常接近地电平，从而确保了与数字逻辑电路的良好接口。

　　该器件的鲁棒性也值得一提，其输入端通常具有ESD（静电放电）保护，增强了其在实际应用中的可靠性。LM2903广泛应用于消费电子、汽车电子和工业控制等领域，例如作为限幅比较器、简易模数转换器、脉冲发生器、方波和延时发生器、宽范围压控振荡器（VCO）以及MOS时钟定时器等。其卓越的性能和高品质使其成为这些应用中的首选。

　　LM2903引脚图与引脚功能详解

　　LM2903通常采用8引脚封装，常见的封装形式包括DIP-8（双列直插式）、SOIC-8（小外形集成电路）和TSSOP-8（薄型收缩型小外形封装）等。虽然具体封装形式可能有所不同，但引脚功能和编号通常是保持一致的。理解每个引脚的功能是正确使用LM2903的关键。

　　以下是LM2903标准8引脚封装的引脚图及其功能详细说明：

　　引脚1：输出1 (Output 1)

　　这个引脚是第一个比较器的输出端。LM2903的输出级是开集电极（Open-Collector）或开漏（Open-Drain）结构。这意味着输出端需要外接一个上拉电阻到正电源（VCC）才能正常工作。当比较器输出低电平（L）时，该引脚会将电流吸入芯片，使其接近地电平；当输出高电平（H）时，该引脚呈高阻态，电流通过外接的上拉电阻流向负载，从而将输出电压拉高到VCC。这种开集电极输出结构使得LM2903可以与不同电压电平的逻辑电路兼容，或者实现线与（wired-AND）功能。

　　引脚2：反相输入1 (Inverting Input 1, IN1-)

　　这个引脚是第一个比较器的反相输入端。当施加到此引脚的电压高于非反相输入端（引脚3）的电压时，比较器的输出（引脚1）将变为低电平。反之，当反相输入端的电压低于非反相输入端的电压时，输出将变为高电平（通过外部上拉电阻）。

　　引脚3：同相输入1 (Non-Inverting Input 1, IN1+)

　　这个引脚是第一个比较器的同相输入端。当施加到此引脚的电压高于反相输入端（引脚2）的电压时，比较器的输出（引脚1）将变为高电平。反之，当同相输入端的电压低于反相输入端的电压时，输出将变为低电平。

　　引脚4：地 (Ground, GND/VEE-)

　　这个引脚是器件的接地端，通常连接到电路的负电源轨（0V）。在单电源供电的情况下，它连接到系统的地。在双电源供电的情况下，它连接到负电源轨（VEE）。这个引脚是整个芯片的参考点。

　　引脚5：同相输入2 (Non-Inverting Input 2, IN2+)

　　这个引脚是第二个比较器的同相输入端，功能与引脚3类似，用于与反相输入端2（引脚6）进行比较。

　　引脚6：反相输入2 (Inverting Input 2, IN2-)

　　这个引脚是第二个比较器的反相输入端，功能与引脚2类似，用于与同相输入端2（引脚5）进行比较。

　　引脚7：输出2 (Output 2)

　　这个引脚是第二个比较器的输出端，功能与引脚1相同，也是开集电极或开漏输出。它也需要一个外部上拉电阻来提供高电平输出。

　　引脚8：电源电压 (Supply Voltage, VCC/V+)

　　这个引脚是器件的正电源输入端。在单电源供电模式下，它连接到电路的正电源。在双电源供电模式下，它连接到正电源轨（V+）。LM2903的宽泛工作电压范围主要就体现在这个引脚上。

　　理解这些引脚的功能对于正确连接LM2903并实现所需电路功能至关重要。特别是开集电极输出的特性，如果不接上拉电阻，即使比较器逻辑上输出高电平，实际输出电压也可能无法达到预期，导致电路无法正常工作。

　　LM2903工作电压详解

　　LM2903的一个显著优点是其极宽的工作电压范围，这使得它能够适应各种不同的电源环境和应用需求。它既支持单电源供电，也支持双电源供电。

　　单电源供电（Single Supply Operation）

　　在单电源供电模式下，LM2903的VCC（引脚8）连接到正电源，而GND（引脚4）连接到地（0V）。LM2903的单电源工作电压范围通常在2V至36V之间。这意味着用户可以使用低至2V的电压来为芯片供电，也可以使用高达36V的电压。这种宽泛的范围为许多电池供电的低功耗应用（如2.0V或3.3V系统）以及工业控制中常见的24V或30V系统提供了极大的便利。

　　在单电源模式下，LM2903的一个重要特性是其**输入共模电压范围（Input Common-Mode Voltage Range）**包含地电平。这意味着输入信号可以低至0V甚至略低于0V（通常为-0.3V）而不会损坏器件或影响正常工作。然而，输入电压的上限通常需要低于VCC大约1.5V至2V（即VCC - 1.5V 或 VCC - 2V），以确保比较器正常工作。尽管如此，差分输入电压（即两个输入引脚之间的电压差）可以等于电源电压，甚至可以超出电源电压（例如，正向输入电压可以超过VCC，只要另一个输入电压在共模范围内），但需注意不能超过绝对最大额定值。

　　双电源供电（Dual Supply Operation）

　　除了单电源供电，LM2903也支持双电源供电模式，即VCC（引脚8）连接到正电源（V+），而GND（引脚4）连接到负电源（V-）。在这种模式下，LM2903的工作电压范围通常在**±1V至±18V**之间，这意味着电源电压差（V+ - V-）可以在2V到36V之间。例如，可以使用+5V和-5V的双电源，或者+15V和-15V的双电源。

　　双电源供电模式在许多模拟信号处理应用中非常有用，因为它允许输入信号在正负电压之间摆动，并且输出也可以在正负电压之间切换（通过适当的上拉/下拉电阻配置）。在这种模式下，输入共模电压范围通常包括负电源轨（V-），即输入可以低至V-电平。

　　工作电压参数总结

　　为了更清晰地理解LM2903的工作电压特性，以下是一些关键参数的总结：

　　单电源电压范围： +2V 到 +36V

　　双电源电压范围： ±1V 到 ±18V (即V+ - V- = 2V 到 36V)

　　电源电流消耗： 典型值为0.4mA，且与电源电压大小无关。这种极低的静态电流是其“低功耗”名称的由来，使其在电池供电系统中具有显著优势。在5V电源下，每个比较器的功耗约为1mW。

　　差分输入电压范围： 等于电源电压。这意味着输入引脚之间的电压差可以达到电源电压的绝对值，例如在单5V供电下，差分输入可以达到5V。

　　输入共模电压范围：

　　在单电源供电时，范围通常为0V到 (VCC - 1.5V) 或 (VCC - 2V)。

　　在双电源供电时，范围通常为V-到 (V+ - 1.5V) 或 (V+ - 2V)。

　　值得注意的是，输入电压可以短暂地超出电源轨，只要不超过绝对最大额定值（通常为-0.3V至+36V）。

　　重要注意事项

　　在使用LM2903时，需要特别注意以下几点关于工作电压的考量：

　　最大额定值： 即使LM2903的工作电压范围很宽，也必须严格遵守其数据手册中列出的绝对最大额定值（Absolute Maximum Ratings）。超过这些额定值，即使是短暂的，也可能导致器件永久性损坏。例如，电源电压的绝对最大额定值通常为36V，输入电压的绝对最大额定值通常为-0.3V到+36V。

　　输入电压与电源电压的关系： 尽管LM2903的输入可以处理高达36V的电压，但这并不意味着输入电压可以随意超过VCC。输入电压通常不能超过VCC+0.3V。在单电源供电时，输入共模电压范围包含地，但其上限通常是VCC减去一个裕量（例如VCC - 1.5V）。如果输入信号超过这个共模范围，比较器可能无法提供准确的输出。

　　电源去耦： 为了确保LM2903稳定工作并抑制电源噪声，强烈建议在电源引脚（VCC）和地（GND）之间放置一个去耦电容，通常为0.1μF到1μF的陶瓷电容。这个电容应尽可能靠近芯片引脚放置。

　　输出负载： LM2903的开集电极输出可以吸入最大约16mA至20mA的电流。当连接到输出负载时，需要确保负载的电流需求不超过这个限制。如果输出短路到VCC，可能会导致过热和器件损坏。上拉电阻的选择应根据所需的输出电流和VCC电压来计算。

　　温度影响： 比较器的工作特性（如输入失调电压、电源电流等）会随温度变化。LM2903的工作温度范围通常为-40°C到+125°C，在整个工作温度范围内，其性能参数都有相应的规定。在设计高温或低温应用时，应参考数据手册中的温度特性曲线。

　　LM2903的内部结构与工作原理

　　要深入理解LM2903的工作特性，有必要对其内部结构和工作原理进行简要的了解。LM2903的每个比较器都主要由以下几个部分组成：

　　差分输入级： 这是比较器的核心部分，通常由一对差分对晶体管组成。LM2903的输入级设计使其能够包含地电平作为共模输入范围的一部分，这对于单电源应用至关重要。当两个输入端（同相和反相）施加电压时，差分输入级会产生一个与这两个电压差成比例的电流或电压信号。

　　增益级： 差分输入级产生的微小信号会被增益级放大，从而使得即使输入电压之间存在微小的差异，也能产生足够大的电压摆幅。LM2903具有很高的开环增益，这使得它能够对输入电压的微小变化做出快速响应。

　　输出级： LM2903的输出级是**开集电极（或开漏）**结构。这意味着输出晶体管的集电极（或漏极）是直接连接到输出引脚的，而其发射极（或源极）连接到地。当比较器内部逻辑判断输出为高电平（H）时，输出晶体管截止，输出引脚呈高阻态。此时，如果外部没有上拉电阻，输出电压是浮空的，无法输出高电平。因此，必须连接一个外部上拉电阻到正电源（VCC），以便在高阻态时将输出电压拉高。当比较器判断输出为低电平（L）时，输出晶体管导通，将输出引脚连接到地，从而将输出电压拉低到接近地电平（通常为250mV左右，取决于吸入电流大小）。这种输出结构使得LM2903能够方便地与各种数字逻辑电平（如TTL、CMOS）接口，并且可以实现多个开集电极输出的“线与”功能。

　　工作原理概述： 当施加在同相输入端（IN+）的电压高于反相输入端（IN-）的电压时，差分输入级检测到这一电压差，并经过增益级放大，最终使得输出级晶体管截止，输出引脚变为高阻态。由于外部上拉电阻的作用，输出电压被拉高到VCC电平（或接近VCC）。相反，当施加在IN+的电压低于IN-的电压时，差分输入级会产生相反的电压差，经过增益级放大后，使得输出级晶体管导通，输出引脚被拉低到接近地电平。由于比较器通常工作在开环状态，即使输入电压之间存在微小的差异，也能导致输出快速地从一个逻辑电平跳变到另一个逻辑电平。这种快速的响应时间使其非常适合用于信号检测、电平转换和波形整形等应用。

　　LM2903的典型应用电路

　　LM2903作为一款功能强大的电压比较器，在电子设计中有着广泛的应用。以下是一些典型的应用电路及其工作原理：

　　1. 基本电压比较器

　　这是LM2903最直接也是最基本的应用。它用于比较两个模拟电压，并根据它们的相对大小产生一个数字输出。

　　电路描述： 将一个参考电压（Vref）施加到其中一个输入端（例如，反相输入端IN-），将待比较的输入信号电压（Vin）施加到另一个输入端（同相输入端IN+）。输出端（OUT）通过一个上拉电阻R_L连接到正电源VCC。

　　工作原理：

　　当Vin > Vref时，LM2903的输出将变为高电平（接近VCC）。

　　当Vin < Vref时，LM2903的输出将变为低电平（接近GND）。

　　应用场景：

　　电平检测： 检测某个电压是否超过或低于设定的阈值。例如，电池电压检测，当电池电压低于某个值时，触发低电平报警。

　　逻辑电平转换： 将一个模拟信号转换为数字信号，或者将一种逻辑电平转换为另一种逻辑电平（例如，将低压信号转换为高压控制信号）。

　　2. 过零检测器 (Zero Crossing Detector)

　　过零检测器用于检测交流信号何时穿过零伏电平。

　　电路描述： 将交流输入信号（AC_in）施加到其中一个输入端（例如，IN+），将另一个输入端（IN-）接地。输出端（OUT）通过一个上拉电阻R_L连接到正电源VCC。

　　工作原理：

　　当AC_in > 0V时，LM2903的输出为高电平。

　　当AC_in < 0V时，LM2903的输出为低电平。通过这种方式，可以生成一个与交流信号频率相同、但具有数字逻辑电平的方波信号，用于同步或计数。

　　应用场景：

　　相位检测： 用于同步电力系统中的各种设备。

　　频率计数： 将交流信号转换为数字脉冲，方便微控制器进行频率测量。

　　逆变器控制： 在逆变器中生成与市电同步的开关信号。

　　3. 滞回比较器 (Schmitt Trigger / Comparator with Hysteresis)

　　为了防止输入信号在阈值附近抖动引起的输出不稳定（即“振荡”或“颤抖”），可以引入正反馈来增加滞回（Hysteresis）。

　　电路描述： 通过在同相输入端（IN+）和输出端（OUT）之间连接一个电阻，形成正反馈回路。同时，在IN-端施加参考电压Vref。

　　工作原理： 引入正反馈后，比较器会有两个不同的阈值电压：一个上升阈值（V_UT）和一个下降阈值（V_LT）。

　　当输入电压从低到高，只有当输入电压超过上升阈值V_UT时，输出才会从低变为高。

　　当输入电压从高到低，只有当输入电压低于下降阈值V_LT时，输出才会从高变为低。

　　这两个阈值之间的差值就是滞回电压。这有效地消除了输入噪声和缓慢变化的信号在阈值附近引起的输出振荡。

　　应用场景：

　　噪声抑制： 在存在噪声的环境中，提高比较器的抗干扰能力。

　　波形整形： 将噪声干扰的模拟信号转换为干净的数字方波。

　　开关控制： 例如，在温度控制系统中，当温度超过设定值A时开启风扇，但只有当温度降到设定值B（B

　　4. 窗口比较器 (Window Comparator)

　　窗口比较器用于检测输入电压是否落在两个预设阈值之间。

　　电路描述： 使用LM2903的两个比较器。第一个比较器设置上限阈值（V_upper），第二个比较器设置下限阈值（V_lower）。两个比较器的输出通常通过一个与门（或直接连接在一起，利用开集电极的线与特性）连接。

　　工作原理：

　　比较器1： 例如，IN1+连接到Vin，IN1-连接到V_upper。当Vin > V_upper时，OUT1为高电平。

　　比较器2： 例如，IN2+连接到V_lower，IN2-连接到Vin。当Vin < V_lower时，OUT2为高电平。如果两个比较器输出通过与门连接，则只有当V_lower < Vin < V_upper时，最终输出才为高电平。如果利用开集电极特性直接连接，则当Vin在窗口内时，两个输出都处于高阻态，最终输出为高；如果Vin在窗口外，其中一个比较器会将输出拉低，使得最终输出为低。

　　应用场景：

　　电压监控： 监控电源电压是否在安全工作范围内。

　　电池充电/放电管理： 确保电池电压保持在安全操作区间。

　　自动化控制： 检测传感器信号是否处于正常范围。

　　5. 振荡器和定时器

　　LM2903可以与其他无源元件（电阻、电容）结合，构建各种振荡器和定时器电路。

　　例如，一个简单的方波振荡器： 电路描述： 利用一个比较器，结合RC充放电回路和正反馈，可以构成一个非稳态多谐振荡器。电容在两个阈值之间反复充放电，导致比较器输出不断翻转，从而产生方波。

　　工作原理： 当电容充电达到某个阈值时，比较器输出翻转，导致电容通过电阻反向放电，直到达到另一个阈值，比较器再次翻转。这个过程循环往复，产生连续的方波。

　　应用场景：

　　时钟源： 为数字电路提供简单的时钟信号。

　　脉冲发生器： 产生特定频率和占空比的脉冲信号。

　　闪烁电路： 例如，简单的LED闪烁器。

　　6. 简易模拟-数字转换器 (Simple Analog-to-Digital Converter)

　　虽然LM2903本身不是ADC，但可以利用多个LM2903比较器构建一个简单的闪速ADC（Flash ADC）。

　　电路描述： 使用多个LM2903比较器，每个比较器连接到一个不同的参考电压（通过电阻分压器创建），所有比较器的输入都连接到同一个模拟输入信号。所有比较器的输出连接到一个编码器（例如，优先编码器），将模拟信号量化为数字代码。

　　工作原理： 当模拟输入信号逐渐增加时，会依次超过每个比较器的参考电压，导致相应的比较器输出翻转。编码器根据哪些比较器输出高电平，来判断模拟输入的电压范围，并输出对应的数字码。

　　应用场景：

　　粗略电压测量： 在对精度要求不高但需要快速响应的场合进行模拟信号的粗略数字化。

　　LED电压指示： 例如，用一排LED来指示电池电量，每个LED对应一个电压范围。

　　LM2903的选型与使用注意事项

　　在实际应用中选择和使用LM2903时，除了上述的引脚、工作电压和典型应用，还有一些重要的考虑因素：

　　1. 选型考量

　　制造商： LM2903由多家知名半导体制造商生产，如德州仪器（Texas Instruments, TI）、意法半导体（STMicroelectronics）、安森美（onsemi）、恩智浦（NXP）等。不同制造商的产品可能在一些参数上略有差异，例如输入失调电压、输入偏置电流、响应时间、最大工作温度范围以及ESD保护等级等。在关键应用中，应仔细查阅具体制造商的数据手册。

　　型号后缀： LM2903系列通常会有不同的后缀，表示不同的工作温度范围或特定的性能优化。例如，"LM2903N"可能表示标准的商业级产品，"LM2903V"可能表示车规级产品，而"LM2903A"或"LM2903B"可能是更高精度或更快响应速度的增强型版本。了解这些后缀的含义有助于选择最适合应用需求的器件。

　　封装类型： 根据电路板空间、散热要求和生产工艺，选择合适的封装类型，如DIP-8（易于原型设计和手工焊接）、SOIC-8（常用表面贴装）、TSSOP-8（更小尺寸的表面贴装）等。

　　功耗： LM2903以其低功耗著称，典型电源电流为0.4mA。在电池供电或对功耗有严格要求的应用中，这是重要的优势。

　　响应时间： LM2903的响应时间通常在微秒级别（例如，1.3μs或更短）。对于高速信号比较，可能需要考虑其他具有更快响应时间的比较器。

　　2. 使用注意事项

　　输入电压范围： 再次强调，虽然LM2903的输入可以承受高于VCC的电压（最高到36V），但在单电源供电时，输入共模电压范围的上限是VCC-1.5V至VCC-2V。如果输入信号在VCC附近或超过这个上限，比较器可能无法正常工作。理想情况下，输入信号应保持在器件的共模电压范围内。输入电压也不应低于地（或V-）超过-0.3V。

　　电源去耦： 在电源引脚（VCC）和地（GND）之间放置一个0.1μF到1μF的陶瓷去耦电容是标准的良好实践。这个电容应尽可能靠近LM2903的电源引脚，以有效滤除电源噪声并提供瞬态电流。

　　上拉电阻： LM2903的开集电极输出需要外部上拉电阻才能提供高电平输出。上拉电阻的阻值选择应权衡功耗、输出驱动能力和上升时间。

　　阻值过大： 导致输出上升时间变慢，对负载驱动能力减弱，并且更容易受到噪声干扰。

　　阻值过小： 增加功耗，并且在输出低电平时，流经比较器输出级的电流会增大，可能导致输出饱和电压升高。

　　一个常见的经验值是使用几千欧姆到几十千欧姆的上拉电阻（例如1kΩ到100kΩ），具体取决于VCC和所需的输出电流。

　　输入偏置电流和失调电压： LM2903具有低输入偏置电流（典型25nA）和低输入失调电流（典型±5nA），以及相对较低的输入失调电压（典型2mV，最大7mV）。这些参数决定了比较器的精度。在对精度要求较高的应用中，需要考虑这些参数对电路性能的影响，例如在输入阻抗较高的电路中，输入偏置电流可能会在输入电阻上产生压降，从而引入误差。

　　PCB布局： 良好的PCB布局对于比较器电路的稳定性和性能至关重要。

　　尽量使输入走线短而直，远离噪声源。

　　电源和地线应足够粗，以降低阻抗。

　　去耦电容应紧邻芯片。

　　避免输入端与输出端之间的信号耦合，特别是在高增益电路中，这可能导致自激振荡。

　　差分输入电压： LM2903的差分输入电压范围可以等于电源电压。这意味着即使两个输入端的电压都非常接近VCC或GND，只要它们之间存在足够大的差异，比较器也能正常工作。

　　短路保护： LM2903的输出不具备完整的短路保护功能。输出短路到VCC（正电源）可能会导致过热甚至永久损坏。因此，在设计中应避免输出长时间短路到VCC。

　　LM2903与其他比较器的比较

　　在市场上，有许多与LM2903功能相似的比较器，例如LM393、LM293、LM193等。这些器件通常属于同一系列，具有相似的特性，但在某些细节上可能有所不同。

　　LM393系列： LM393与LM2903非常相似，也是双路低功耗电压比较器，引脚功能和基本电气特性几乎相同。主要的区别通常在于工作温度范围。LM393通常是商业级（0°C至70°C），而LM2903是工业级（-40°C至+85°C）或汽车级（-40°C至+125°C）。这意味着LM2903在更宽泛的温度环境下能够保持稳定的性能。

　　LM293系列： LM293是LM393的另一个工业级版本，工作温度范围与LM2903相似，但它通常是更老版本或特定制造商的型号，在某些参数上可能略有差异。

　　LM193系列： LM193是最高等级的版本，通常是军事级或更高性能的版本，具有更宽的工作温度范围（-55°C至+125°C或更高）和更严格的参数指标。

　　总的来说，LM2903在LMx93系列中代表了一个工业级或汽车级的通用比较器，以其在恶劣环境下（如宽温度范围）的可靠性而受到青睐。 newer "B" versions (e.g., LM2903B) often offer improved performance, such as lower offset voltage, lower quiescent current, and faster response times, while maintaining backward compatibility.

　　结语

　　LM2903是一款功能强大、应用广泛的电压比较器，以其宽泛的工作电压范围、低功耗和开集电极输出特性而备受工程师青睐。通过深入理解其引脚功能、单/双电源工作模式下的电压特性以及各种典型应用电路，可以更好地将其集成到各种电子系统中。无论是简单的电平检测、复杂的波形整形，还是工业级的电压监控，LM2903都能提供可靠且高效的解决方案。在实际设计中，遵循数据手册中的建议，并注意去耦、上拉电阻选择和PCB布局等细节，将有助于发挥LM2903的最佳性能。随着电子技术的不断发展，LM2903及其改进版本将继续在各种应用中发挥重要作用，为未来的创新提供坚实的基础。