La salida de LM393 no se moverá a bajo a menos que sea tirada hacia arriba con un LED

Question

Construí el siguiente circuito utilizando un LM393 como parte de una compuerta de ruido para aplicaciones de audio. Es un comparador de voltaje con histéresis.

Originalmente conecté una resistencia de pull-up de 10 k y luego agregué un LED UV de 5 mm para servir como referencia visual. El circuito funcionó bien así, sin embargo, si quito el LED y conecto la resistencia de pull-up de 10 k directamente a la fuente, la salida no baja y se queda atascada en su estado alto.

He intentado agregar diodos 1N4148 en antiparalelo a la resistencia de pull-up, en reversa desde el nodo de salida a tierra, y también intenté sustituir el LED con un 1N4148, pero ninguno funcionó.

Aquí hay una imagen de mi protoboard con el LED UV:

Aquí hay dos capturas de osciloscopio de las señales de entrada y salida:

Answer 1

Sin el LED UV dejando caer cerca de 3V, el voltaje en la entrada no inversora nunca caerá por debajo de su referencia en la entrada inversora a menos que su entrada caiga por debajo de aproximadamente -1.1V - por lo que el resultado es que la salida nunca oscilará a bajo.

Si no hay LED ahí y la entrada está conectada a tierra, simples cálculos del divisor de voltaje muestran que el voltaje en la entrada no inversora será de 4.89V (mayor que su referencia de 4.24V).
Con un LED dejando caer 3V y la entrada conectada a tierra, el voltaje en la entrada no inversora será de 3.67V.

Necesitas o bien un resistor pullup mucho más grande, o resistores R_i y R_f mucho más pequeños para que tu circuito funcione como se pretendía.

Answer 2

Analizaremos el circuito con la salida "alta" (circuito abierto para el transistor de salida).

Tenemos 12V a través de 10K en serie con 470K al terminal no inversor y algún voltaje W conectado a través de 330K. En el instante del cambio, el terminal no inversor estará a 4.27V. Así que la corriente a través del 480K es de 12V/480K = 25uA. Eso significa que el voltaje de entrada W debe estar a 4.27V - 25uA * 330K o alrededor de -4V para que cambie.

La situación cuando la salida está conectada a través del LED (caída hacia adelante quizás de 3~4V) será de 7~8V/480K o >16.7uA a través del 480K, por lo que el voltaje de entrada W debe estar a 4.27-16.7uA * 330K o alrededor de -1.2 para que cambie.

En ningún caso debería cambiar con una entrada W en el rango de 0-12V una vez que esté en estado bajo, pero estará mucho más cerca con el LED "UV" allí. Si colocas tus dedos en las resistencias en las entradas, es probable que haya suficiente captación de red para hacer que cambie, especialmente en el segundo caso.

Una vez que cambie, la salida será baja, digamos 0V para simplicidad, una entrada de aproximadamente 7.3V lo encenderá (solo un divisor de voltaje que da 4.27V).

Entonces la predicción es (con el LED en cortocircuito o una resistencia adicional 10K de la salida a +12)

encendido en +7.3V

apagado en -4V

Answer 3

Como fue sugerido originalmente por Dwayne Reid y posteriormente explicado por brhans y Spehro Pefhany, el problema era que sin el LED, el voltaje retroalimentado a la entrada era alto (11.94V), la caída del diodo lo redujo a 9.64V lo cual fue suficiente para que el comparador se activara correctamente. Una de las soluciones de brhans fue reducir Rf y Ri, sin embargo, antes de este problema tuve otro donde el voltaje de entrada aumentaba y disminuía repentinamente cada vez que el comparador cambiaba de estado, y no solo por la señal de entrada, lo cual se solucionó utilizando valores más grandes de Rf y Ri. Otra solución propuesta por él fue aumentar la resistencia de pull-up para reducir más el voltaje en el divisor de voltaje formado con Rf y Ri, sin embargo, esta resistencia dictará los tiempos de carga y descarga de partes que seguirán después de la salida de este circuito y que ya han sido calculados, por lo que también tendría que ajustar todo eso.

Mi solución fue simplemente conectar una resistencia desde la salida a tierra para dividir el voltaje de salida a un valor más bajo, después de ajustar un potenciómetro como resistencia variable encontré que un valor de 47k sería perfecto, el circuito de trabajo a continuación con voltajes altos y bajos: