Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Komparator: Common Mode Voltage


von Hans F. (dani1632)


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Hallo,

ich arbeite mit dem Komparator LM293 von TI. Im Datenblatt steht: Common 
Mode Input Voltage Range includes Ground.

Kann mir jemand sagen, was das genau bedeutet?
Danke, LG

von Hans F. (dani1632)


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Hallo,

ich arbeite mit dem Komparator LM293 von TI. DIe Spannungsversorgung ist 
+5V und Ground. Im Datenblatt steht: Common Mode Input Voltage Range 
includes Ground.

Kann mir jemand sagen, was das genau bedeutet?

Vielleicht kann mir auch jemand erklären, was genau die Common Mode 
Voltage in diesem Zusammenhang ist?
Danke, LG

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Eigentlich idt die Common-Mode-Input-Voltage 
(Gleichtakteingangsspannung) der Mittelwert der Eingangsspannungen am 
invertierenden und nichtinvertierenden Eingang. In den Datenblättern 
wird der Begriff aber meist synonym zu den beiden Einzelspannungen 
benutzt. Bei Opamps ist dies noch halbwegs in Ordnung, da diese 
üblicherweise mit vernachlässigbar kleiner Differenzeingangsspannung 
betrieben werden. Bei Komparatoren ist das aber Unfug.

Konkret: Die Eingangsspannungen jedes der beiden Eingänge darf bis 0V 
(GND) herabreichen.

von Hans F. (dani1632)


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Hallo, vielen Dank.

Das bedeutet also, dass die Eingangsspannungen bis zu Gnd reichen 
dürfen.
Ich verwende den Komparator LM293DGKR: 
http://www.ti.com/lit/ds/slcs005w/slcs005w.pdf

Ab welcher Spannungsdifferenz wird denn ein Unterschied zwischen den 
beiden Eingangsspannungen erkannt (welche Spannungsdifferenz muss 
mindestens anliegen, damit der Komparator umschaltet)? Gint es dazu eine 
spezielle Angabe?

Vielen Danke für Ihre Hilfe!

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Die "Large-signal differential-voltage amplification" ist typisch 200 
V/mV = 200000, d.h. um einen Vollausschlag von 5V am Ausgang zu 
erhalten, muss die Eingangsspannungsdifferenz mindestens 5V/200000 = 25 
µV betragen. Allerdings muss zur Eingangsspannungsdifferenz noch die 
"Input offset voltage" addiert bzw. subtrahiert werden. Da sie mit 
typisch 2 mV sehr viel größer als die oben berechneten 25 µV ist, ist es 
wenig sinnvoll, Spannungsdifferenzen von nur 25 µV detektieren zu 
wollen.

von Hans F. (dani1632)


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OK, vielen Dank für die Information!

von W.S. (Gast)


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Daniel F. schrieb:
> Gint es dazu eine
> spezielle Angabe?

Ja, meistens Gint es dazu eine Angabe, nämlich die Hysterese des 
betreffenden Komparators. Wenn er keine hat oder der Hersteller selbige 
schamhaft verschweigt, dann ist ausprobieren angesagt oder 
prophylaktisch wird die Schaltung so gewählt, daß man mit einer dezenten 
Mitkopplung eine ausreichende Hysterese erzielt. Die ist aber vom 
konkreten Einsatzfall abhängig. Das Thema hatten wir schon mal, als es 
um die Gestaltung des Einganges von Zählfrequenzmessern ging.

Daniel F. schrieb:
> Common Mode Input Voltage Range includes Ground.

Das heißt, daß dieser Komparator auch echte Nulldurchgänge erkennen 
kann. Also wenn du einen der Eingänge auf Masse legst, geht der iC immer 
noch. Die Schaltschwelle ist dann gleich der Offsetspannung dieses IC 
(+/- halbe Hysterese).

Oftmals ist es so, daß der Bereich, wo beide Eingänge funktionabel sind, 
etwas oberhalb der negativen Versorgungsspannung aufhört.

W.S.

von Hans F. (dani1632)


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Danke für die ausführliche Info!

von Axel S. (a-za-z0-9)


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W.S. schrieb:

> Ja, meistens Gint es dazu eine Angabe, nämlich die Hysterese des
> betreffenden Komparators. Wenn er keine hat oder der Hersteller selbige
> schamhaft verschweigt

Ein Komparator muß keine interne Rückkopplung und damit auch keine 
Hysterese haben. Er verhält sich dann im Übergangsbereich wie ein 
linearer Verstärker mit sehr hoher Verstärkung. Wie du bereits sagst, 
kann man eine Hysterese ja trivial durch die externe Beschaltung 
einstellen.

> Daniel F. schrieb:
>> Common Mode Input Voltage Range includes Ground.
>
> ... wenn du einen der Eingänge auf Masse legst, geht der iC immer
> noch. Die Schaltschwelle ist dann gleich der Offsetspannung dieses IC
> (+/- halbe Hysterese).

Ich glaube hiermit verwirrst du Daniel nur. Die Offsetspannung ist ja 
exemplar-, temperatur- und alterungsabhängig. In der Praxis sollte man 
einfach mit Schaltschwelle = 0V rechnen. Falls die paar mV Offset 
stören, muß man halt eine Abgleichmöglichkeit vorsehen.

Hysterese ist nochmal ein extra Ding. Wenn man den Komparator mit 
unipolarer Versorgungsspannung und dem Referenzeingang auf GND betreibt, 
dann kriegt man keine symmetrische Lage der Schaltschwellen hin. Unter 
Vernachlässigung der Offsetspannung liegt die untere Schaltschwelle dann 
bei 0V und die obere Schaltschwelle um den Betrag der Hysterese höher.

@Daniel: schau dir einfach die OPV-Grundschaltung "Schmitt-Trigger" an. 
Der Rückkopplungswiderstand vom Ausgang zum (+) Eingang verschiebt die 
wirksame Referenzpannung je nach Ausgangspegel des Komparators (H oder 
L). Das sind die beiden Schaltschwellen (die Differenz heißt Hysterese). 
Eine etwaige Offsetspannung des Komparators verschiebt dann beide 
Schaltschwellen gleichermaßen.


XL

von Hans F. (dani1632)


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Hallo!

Die Spannungsversorgung meines Komparators LM293 ist +5V und GND. Hab 
ich das jetzt richtig verstanden, dass durch diese Unsymmetrie auch eine 
Hysterese bei den Schaltschwellen zu berücksichtigen ist? Ich finde dazu 
keine passende Angabe im Datenblatt (in einem früheren Beitrag 
angehängt)?

Meine Referentspannung liegt bei 65mV (+ eingang). Wie hoch muss in 
diesem Fall konkret die SPannung am zweiten Eingang(-) sein, damit der 
Komparator (von HIGH auf LOW) umschaltet? Im Datenblatt sind die Angaben 
für die Offsetspannung mit 2mV (TYP) und 5mV (MAX) angegeben. Mein 
Ansatz: Wenn ich also 70MV am zweiten Eingang(-) des Komparators habe, 
schaltet er sicher um. Ist das korrekt?

Vielen Dank, LG

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Der LM293 hat von Haus aus keine Hysterese. Du kannst aber durch eine 
entsprechende externe Beschaltung eine erzeugen. In den meisten 
Anwendungsfällen stellt man eine leichte Hysterese ein, um am Ausgang 
ein sauberes Digitalsignal zu erhalten. Beispiele dafür sollten im 
Datenblatt zu finden sein.

Daniel F. schrieb:
> Meine Referentspannung liegt bei 65mV (+ eingang). Wie hoch muss in
> diesem Fall konkret die SPannung am zweiten Eingang(-) sein, damit der
> Komparator (von HIGH auf LOW) umschaltet?

Ebenfalls 65mV, aber mit einer Abweichung von bis zu ±5mV (der 
Offsetspannung), die bei jedem Exemplar anders sein kann.

> Mein Ansatz: Wenn ich also 70MV am zweiten Eingang(-) des Komparators
> habe, schaltet er sicher um. Ist das korrekt?

Ja (wenn du MV durch mV ersetzt).

von Hans F. (dani1632)


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OK, vielen Dank :)

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