LF353N Dvojitý JFET operační zesilovač: Technický list, pinout a průvodce obvodem

LF353N je dvojitý operační zesilovač s JFET vstupem od společnosti Texas Instruments. Tento článek vysvětluje LF353N praktickým způsobem, počínaje jeho základní funkcí a pinovou konfigurací až po technické specifikace, schématickou strukturu, aplikační obvody, výhody, nevýhody a možnosti náhrady. Pomáhá vám také pochopit, kdy je LF353N dobrou volbou, kdy může být novější operační zesilovač lepší a jaké detaily by měly být zkontrolovány před použitím nebo zakoupením této součásti.

Katalog

Základy LF353N

LF353N od společnosti Texas Instruments je integrovaný obvod dvojitého operačního zesilovače s JFET vstupem. Obsahuje dva nezávislé operační zesilovače v jednom pouzdře a je navržen pro amplifikaci a zpracování analogových signálů. Texas Instruments uvádí LF353N/NOPB jako 8-pinovou verzi PDIP dual JFET-vstupního operačního zesilovače LF353-N, hodnocenou na 36 V, 4 MHz, 13 V/µs operační zesilovač.

"LF353" se odkazuje na sérii operačních zesilovačů, zatímco přípona "N" obvykle označuje DIP nebo PDIP verzi pro montáž na plošný spoj. Jeho JFET vstupní etapa poskytuje vysokou vstupní impedanci a nízký vstupní biasový proud, což pomáhá snižovat zatížení na zdroji signálu. To činí LF353N užitečným v analogových návrzích, které vyžadují stabilní vstupní chování a zesílení signálů s mírnou rychlostí.

I když je LF353N starší zařízení, stále zůstává uznávaným modelem dvojitého operačního zesilovače od Texas Instruments. Pokud máte zájem o koupi LF353N, neváhejte nás kontaktovat ohledně cen a dostupnosti.

Vlastnosti LF353N

• Interně upravené napětí offset: 10 mV - LF353N má interní úpravu offsetu, aby snížil nežádoucí napěťovou chybu mezi vstupními svorkami.

• Nízký vstupní biasový proud: 50 pA - Vstupní etapa odebírá velmi malý proud, což pomáhá snižovat zatížení na vysokoimpedančních zdrojích signálu.

• Nízké napětí vstupního šumu: 25 nV/√Hz - To pomáhá operačnímu zesilovači udržovat čistější zesílení signálu s méně nežádoucím napětovým šumem.

• Nízký vstupní šumový proud: 0.01 pA/√Hz - Nízký šumový proud činí LF353N užitečným v obvodech, kde je třeba minimalizovat šum vstupního proudu.

• Široké ziskové pásmo: 4 MHz - Pásmo 4 MHz umožňuje operačnímu zesilovači zpracovávat analogové signály středních frekvencí.

• Vysoká slew rychlost: 13 V/µs - Výstup může rychle reagovat na rychlé změny signálu, čímž se snižuje zkreslení v měnících se vlnových formech.

• Nízký odběr proudu: 3.6 mA - Zařízení pracuje s relativně nízkou spotřebou proudu pro dvojitý operační zesilovač s JFET vstupem.

• Vysoká vstupní impedance: 10¹² Ω - Vysoká vstupní impedance zabrání op-ampu, aby silně zatěžoval zdroj vstupního signálu.

• Nízká celková harmonická distorze: ≤0.02% - LF353N dokáže zesilovat signály s nízkou zkreslením waveform při správných provozních podmínkách.

• Nízký 1/f šumový roh: 50 Hz - Nízkofrekvenční šum se nad tímto bodem stává méně dominantním, což zlepšuje stabilitu signálu.

• Rychlý čas ustálení na 0.01%: 2 µs - Výstup rychle dosáhne své konečné hodnoty po změně signálu, což pomáhá ve rychlejších analogových obvodových reakcích.

Funkce pinů LF353N

Pin Č.	Pin Název	Funkce
1	Výstup A	Výstupní terminál op-ampu A
2	Inverzní vstup A	Inverzní vstup op-ampu A. Signál aplikovaný zde je zesilován s opačnou polaritou.
3	Neinverzní vstup A	Neinverzní vstup op-ampu A. Signál aplikovaný zde je zesilován se stejnou polaritou.
4	V−	Terminál negativního napájení
5	Neinverzní vstup B	Neinverzní vstup op-ampu B
6	Inverzní vstup B	Inverzní vstup op-ampu B
7	Výstup B	Výstupní terminál op-ampu B
8	V+	Terminál pozitivního napájení

Technické specifikace

Specifikace	Hodnota LF353N	Podmínky
Typ zařízení	Dvojitý JFET-vstupní operační zesilovač	Dva op-ampy v jednom IC
Balení	8-pin PDIP / P balení	Seznam balení LF353N/NOPB
Provozní teplota	0°C až +70°C	Komerční třída
Maximální napájecí napětí	±18 V	Absolutní maximální hodnota
Typické provozní napájení použité pro specifikace	±15 V	Hlavní zkušební podmínka dokumentu
Minimální normální poznámka o dvojitém napájení	±6 V	Nižší napájení může snížit šířku pásma a přechodovou rychlost
Vstupní offsetní napětí	5 mV typ, 10 mV max	RS = 10 kΩ, TA = 25°C
Drift offsetního napětí	10 µV/°C typ	Průměrný teplotní koeficient
Vstupní bias proud	50 pA typ, 200 pA max	TJ = 25°C
Vstupní offsetní proud	25 pA typ, 100 pA max	TJ = 25°C
Vstupní odpor	10¹² Ω typ	JFET vstupní stupeň
Velké zkreslení napěťového zisku	25 V/mV min, 100 V/mV typ	VS = ±15 V, RL = 2 kΩ
Výstupní napěťový rozsah	±12 V min, ±13.5 V typ	VS = ±15 V, RL = 10 kΩ
Vstupní běžné režimy	-12 V až +15 V	VS = ±15 V
Poměr odmítnutí běžného režimu	70 dB min, 100 dB typ	RS ≤ 10 kΩ
Poměr odmítnutí napájecího zdroje	70 dB min, 100 dB typ	VS = ±6 V až ±15 V
Napájecí proud	3.6 mA typ, 6.5 mA max	Celkový proud zařízení
Přechodová rychlost	8 V/µs min, 13 V/µs typ	VS = ±15 V, TA = 25°C
Ziskový produkt šířky pásma	2.7 MHz min, 4 MHz typ	VS = ±15 V, TA = 25°C
Vstupní šumové napětí	16 nV/√Hz typ	f = 1 kHz, RS = 100 Ω
Vstupní šumový proud	0.01 pA/√Hz typ	f = 1 kHz
Celková harmonická distorze	<0.02%	AV = +10, RL = 10 kΩ
Odolnost vůči ESD	1000 V	Model lidského těla
Skladovací teplota	-65°C až +150°C	Absolutní maximální hodnota
Maximální teplota spojení	150°C	Absolutní maximální hodnota

Schématická diagram LF353N

Schématický diagram LF353N ukazuje vnitřní strukturu na úrovni tranzistoru jednoho oddílu op-ampu uvnitř IC. Protože LF353N je dvojitý op-amp, celý čip obsahuje dva podobné zesilovače. Diagram pomáhá vysvětlit, jak IC přijímá malý vstupní signál, zvyšuje jeho napěťovou úroveň a ovládá výstup.

Levá strana je vstupní stupeň JFET. J1 a J2 tvoří diferenční pár vstupů, který přijímá inverzní a neinverzní vstupní signály. Tento design vstupu JFET dává LF353N vysokou vstupní impedanci a velmi nízký vstupní bias proud, takže vstupní piny odebírají velmi málo proudu ze zdroje signálu.

Střední část je zesilovací a biasovací stupeň. Tranzistory, rezistory, diody a zdroje proudu řídí vnitřní provozní proud a poskytují napěťové zesílení. Malý kompenzační kondenzátor pomáhá udržovat operacionální zesilovač stabilní a snižuje riziko nežádoucího oscilování.

Pravá strana je výstupní stupeň. Používá uspořádání tranzistorů push-pull k ovládání výstupního pinu. Tento stupeň umožňuje operacionálnímu zesilovači dodávat zesílený signál do zátěže při řízení výstupního proudu a zlepšování stability.

Aplikační obvod LF353N

Třípásmová aktivní regulace tónu

Tento obvod LF353N je třípásmová aktivní regulace tónu používaná k úpravě úrovní basů, středních a výškových tónů. Jedna polovina LF353N funguje jako vstupní buffer, zatímco druhá polovina funguje jako aktivní výstupní zesilovač. Vstupní buffer pomáhá zabránit zatěžování zdroje signálu a posílá stabilní signál do sítě pro regulaci tónu.

Sítě rezistorů, kondenzátorů a potenciometrů dělí signál do různých frekvenčních rozsahů. Ovládání basů, středních a výškových tónů umožňuje zvýšit nebo snížit každou frekvenční pásmo. Protože má LF353N JFET vstupy, vysokou vstupní impedanci a dobrý slew rate, dokáže zvládnout úpravu audio signálu s nízkým zatížením signálu a stabilní odezvou.

Zlepšený CMRR instrumentační zesilovač

Tento obvod ukazuje použití LF353N v návrhu instrumentačního zesilovače se zlepšeným poměrem odmítnutí společného módu, nebo CMRR. První dva stupně operacionálních zesilovačů přijímají vstupní signály a poskytují vysokou vstupní impedanci. To umožňuje obvodu měřit malé diferenciální signály, aniž by silně ovlivňoval zdroj signálu.

Následující zesilovací stupeň odečítá dva vstupní signály a odmítá společný šum, který se objevuje na obou vstupech. Srovnané rezistory jsou důležité, protože přesnost rezistorů přímo ovlivňuje výkon CMRR. Tento typ obvodu je užitečný, když je cílem zesílit malé napěťové rozdíly při snížení nežádoucího rušení společného módu.

Převodník Ohmy na Volty

Tento obvod LF353N převádí odpor na proporcionální napěťový výstup. Neznámý odpor, označený jako RX, je připojen k vstupní části, zatímco síť rezistorů vybírá měřicí škálu. Obvod používá operacionální zesilovače LF353N k podmínění signálu a k vytvoření napěťového výstupu souvisejícího s měřeným odporem.

Spodní část obvodu používá sekci referenčního proudu k vytvoření stabilního měřicího proudu. Jak se hodnota RX mění, napětí vyvinuté v obvodu se také mění. LF353N pak zesiluje a bufferuje tento signál, aby výstup mohl reprezentovat odpor jako čitelnou hodnotu napětí.

Výhody a omezení LF353N

Výhody

LF353N má JFET vstupní stupeň, který mu dává velmi vysokou vstupní impedanci a velmi nízký vstupní biasový proud. To pomáhá snižovat zatížení signálu, zejména při práci s vysokoodporovými zdroji signálu. Obsahuje také dvě nezávislé operacionální zesilovače v jednom IC, což šetří místo na desce a snižuje počet komponentů ve srovnání s používáním dvou oddělených zesilovačů.

Další výhodou LF353N je jeho široká kapacita dodávaného napětí. Může pracovat z dvojitých napájecích zdrojů, jako jsou ±15 V, což jej činí vhodným pro mnoho tradičních analogových návrhů obvodů. Má také užitečný slew rate a šířku pásma zisku pro obecné analogové zpracování signálu. Jeho 8-pinový DIP balíček je snadno použitelný, testovatelný, vyměnitelný a montovatelný na obvody s procházejícími otvory.

Omezení

LF353N je starší návrh operacionálního zesilovače, takže nemusí splňovat potřeby moderních nízkonapěťových obvodů. Není to operační zesilovač s rail-to-rail, což znamená, že jeho rozsah vstupních a výstupních napětí nemůže plně dosáhnout napájecích kolejnic. To může být problém v obvodech s jedním napájením nebo systémech napájených nízkými napětími, jako jsou 3,3 V nebo 5 V.

Dalším omezením je, že LF353N může mít vyšší offsetové napětí, vyšší šum nebo nižší přesnost ve srovnání s novějšími modely operacionálních zesilovačů. Některé verze mohou mít také omezenou dostupnost, protože některé čísla výrobce jsou zastaralá nebo hůře dostupná. Před použitím jako novou volbu designu nebo náhrady by mělo být pečlivě zkontrolováno napájecí napětí, balení, pinout a elektrické charakteristiky.

LF353N vs TL072 vs TL082

Srovnání Bod	LF353N	TL072	TL082 / TL082N
Typ zařízení	Dvojitý operační zesilovač	Dvojitý operační zesilovač	Dvojitý operační zesilovač
Typ vstupu	JFET vstup	FET / JFET-vstupní rodina	JFET vstup
Počet kanálů	2	2	2
Společné balení	8-pin PDIP pro LF353N	8-pin PDIP, SOIC, SOP, TSSOP možnosti	8-pólový PDIP a SOIC možnosti
Maximální celkové napájecí napětí	36 V	30 V	30 V
Minimální celkové napájecí napětí	10 V	7 V	10 V
Typické duální napájení	±15 V	±15 V nebo nižší podporováno v závislosti na návrhu	±15 V
Zisková šířka pásma	4 MHz typ	3 MHz typ	4 MHz typ
Slew rate	13 V/µs typ	13 V/µs typ	13 V/µs typ
Vstupní offset napětí	10 mV max	6 mV max	15 mV max
Vstupní bias proud	50 pA typ, 200 pA max	200 pA max	50 pA typ, 400 pA max
Vstupní šumové napětí	16 nV/√Hz typ při 1 kHz v TI produktové tabulce; seznam funkcí může ukazovat 25 nV/√Hz	37 nV/√Hz typ při 1 kHz v TI produktové tabulce	25 nV/√Hz typ při 1 kHz v TI produktové tabulce; seznam funkcí může ukazovat 16 nV/√Hz
Vstupní šumový proud	0.01 pA/√Hz typ	Nízký, typ FET-vstup	0.01 pA/√Hz typ
Klidový proud	1.8 mA na kanál typ	1.4 mA na kanál typ	1.75 mA na kanál typ
CMRR	100 dB typ	100 dB typ	100 dB typ
Výstupní proud	20 mA typ	10 mA typ	17 mA typ
Vstupní chování společného režimu	Vstupní rozsah zahrnuje stranu V+ podle shrnutí TI	Vstupní rozsah zahrnuje stranu V+ podle shrnutí TI	Vstupní rozsah zahrnuje stranu V+ podle shrnutí TI
Rail-to-rail výstup	Ne	Ne	Ne
Prevádzková teplota	0°C až 70°C	-40°C až 85°C pro výrobní stránku TI TL072	0°C až 70°C
Odchylka offsetu	10 µV/°C typ	18 µV/°C typ	10 µV/°C typ
Celkové harmonické zkreslení	≤0.02% uvedeno pro LF353-N	0.003% typ uvedeno pro rodinu TL07x	≤0.02% uvedeno pro TL082-N
Kompatibilita pinů	8-pólové rozložení dual op-amp pinů	Obvykle kompatibilní se standardním 8-pólovým rozložením dual op-amp	Obvykle kompatibilní se standardním 8-pólovým rozložením dual op-amp
Hlavní výhoda	Vyšší rozsah napájení 36 V a dobrá impedance vstupu JFET	Nižší offset napětí a širší rozsah provozních teplot ve verzích TI katalogu	Podobná rychlost jako LF353N s šířkou pásma 4 MHz

LF353N Rovnající možnosti

• LF353

• TL072

• TL072H

• TL082

• TL082-N

• TL082H

• LF412-N

• TLE2072

• OPA2156

LF353N Mechanické rozměry

Běžné problémy při používání LF353N

Jedním běžným problémem s LF353N je používání s nesprávným napájecím napětím. Tento operační zesilovač se často používá s duálními napájeními, jako jsou ±12 V nebo ±15 V. Pokud je použit v obvodu s nízkým napětím s jedním napájením, může být rozsah signálů omezen, což způsobuje oříznutí nebo nesprávnou funkci.

Dalším problémem je očekávání výkonu rail-to-rail. LF353N nemůže plně převést svůj vstup nebo výstup na napájecí kolejnice. To znamená, že výstupní napětí se zastaví před dosažením kladného nebo záporného napájecího napětí, což může být problém v obvodech, které potřebují celý rozsah signálu.

Šum a chyby offsetu se také mohou objevit ve citlivých obvodech. Ačkoli má LF353N JFET vstupy a nízký vstupní bias proud, není tak přesný jako mnoho moderních operačních zesilovačů. V obvodech s vysokou přesností by mělo být pečlivě zkontrolováno vstupní offset napětí, teplotní drift a šum.

Oscilace může nastat, pokud je rozložení obvodu, zpětná vazba nebo odrušení napájení slabé. Malé odbočné kondenzátory by měly být umístěny blízko napájecích pinů pro zlepšení stability. Také při nahrazování jiného operačního zesilovače LF353N je nutné nejprve ověřit rozložení pinů, rozsah napájení, šířku pásma a limity vstupu/výstupu.

Výrobce

Texas Instruments má silnou výrobní kapacitu pro LF353N, protože je zavedeným výrobcem analogových polovodičů, který navrhuje, vyrábí, testuje a prodává produkty analogového a vestavěného zpracování. TI uvádí LF353N/NOPB jako aktivní výrobní díl v 8-pólovém PDIP balení, v rámci rodiny LF353-N dual JFET-vstupního operačního zesilovače. TI také podporuje své produkty prostřednictvím globálních výrobních operací, včetně továren na wafery, montážních a testovacích závodů, bump a probe zařízení a distribučních center. To dává TI lepší kontrolu nad kvalitou výroby, balením, testováním a kontinuity dodávek.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Proč je LF353N lepší než operační zesilovač s bipolárními vstupy pro signály s vysokou impedancí?

LF353N používá JFET vstupní stupeň, což znamená, že odebírá velmi malé vstupní proudy. To pomáhá předcházet zatěžování signálu, když má zdroj vysokou impedanci.

2. Může LF353N správně fungovat v obvodu s jednou napájecí voltáží 5V?

Obvykle to není nejlepší volba. LF353N není rail-to-rail, takže jeho rozsah vstupního a výstupního napětí je při nízkých napájecích napětích omezen.

3. Proč LF353N běžně používá napájení ±12V nebo ±15V?

Tyto úrovně napájení poskytují operačnímu zesilovači dostatek napěťového prostoru pro stabilní vstupní rozsah, výstupní rozkmit, šířku pásma a výkon přebíhání.

4. Co činí LF353N vhodným pro obvody s tónovou úpravou?

Jeho vysoká vstupní impedance, dvojitá struktura operačního zesilovače a užitečná rychlost přebíhání mu umožňují bufferovat a zpracovávat signály audio frekvencí s nízkým zatížením.

5. Proč je sladění rezistorů důležité v obvodech instrumentačního zesilovače LF353N?

Špatné sladění rezistorů snižuje potlačení běžného režimu. To znamená, že obvod může zesilovat nežádoucí šum spolu se požadovaným diferenciálním signálem.

6. Mohou TL072 nebo TL082 přímo nahradit LF353N?

Mohou fungovat v některých obvodech, protože jsou také dvojité JFET/FET vstupní operační zesilovače, ale napájecí napětí, offset, šum, šířka pásma, pouzdro a pinout musí být nejprve zkontrolovány.

7. Co znamená zisková šířka pásma 4 MHz LF353N v reálném použití?

To znamená, že operační zesilovač dokáže zpracovat signály analogových středních frekvencí, ale dostupný zisk klesá, jak se zvyšuje frekvence signálu.