Was ist ein LF351 JFET-Operationsverstärker?
Der LF351 ist ein Operationsverstärker (Op-Amp) mit JFET-Eingang (Junction Field Effect Transistor). Er zeichnet sich durch seine hohe Eingangsgeschwindigkeit aus und ist aufgrund seiner geringen Kosten und guten Leistungsmerkmale auf dem Markt sehr verbreitet. Dieses Bauteil bietet ein hohes Verstärkungsbandbreitenprodukt bei gleichzeitig sehr niedrigem Stromverbrauch. Der LF-351 liefert außerdem eine höhere Anstiegsgeschwindigkeit (Slew Rate), was ihn für viele Hochgeschwindigkeitsanwendungen prädestiniert.
Die Beliebtheit des LF351 basiert auf seinen einzigartigen Eigenschaften wie niedrigem Eingangs-Biasstrom, hohem Verstärkungsbandbreitenprodukt, geringem Stromverbrauch, hoher Eingangsimpedanz, intern abgeglichener Offset-Spannung, schneller Einschwingzeit und niedriger harmonischer Verzerrung. Diese Merkmale machen den LF-351 zu einem vielseitigen Baustein in der modernen Elektronik.
Einführung in den LF351
Der LF351 ist ein JFET-Eingangs-Operationsverstärker, der trotz seines günstigen Preises hervorragende Leistungsmerkmale bietet. Er kann höhere Anstiegsgeschwindigkeiten sowie ein hohes Verstärkungsbandbreitenprodukt liefern, selbst wenn er mit einer sehr niedrigen Stromversorgung betrieben wird. Darüber hinaus verfügt er über eine intern kompensierte Eingangs-Offset-Spannung.
Die geringe Stromaufnahme, hohe Eingangsimpedanz, schnelle Einschwingzeit und niedrige harmonische Verzerrung sind nur einige seiner Hauptmerkmale. Der LF351 wird häufig bei der Entwicklung von Digital-Analog-Wandlern, Hochgeschwindigkeitsintegratoren und Sample-and-Hold-Schaltungen eingesetzt.
Die breite Verfügbarkeit des LF-351 hat dazu beigetragen, dass er zu einem Standardbauteil in vielen elektronischen Geräten geworden ist. Seine Vielseitigkeit ermöglicht den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen, von einfachen Verstärkerschaltungen bis hin zu komplexen Signalverarbeitungssystemen.
LF351 Pins & Pin-Funktionen
Der LF351 verfügt über insgesamt acht (8) Pins, deren Funktionen für den korrekten Betrieb des Operationsverstärkers entscheidend sind. Das Verständnis der einzelnen Pin-Funktionen ist unerlässlich für die erfolgreiche Integration des LF351 in elektronische Schaltungen.
| Pin-Nummer | Pin-Name | Funktion |
|---|---|---|
| 1 | OFFSET NULL | Anschluss für Offset-Nullabgleich |
| 2 | INVERTING INPUT (-) | Invertierender Eingang |
| 3 | NON-INVERTING INPUT (+) | Nicht-invertierender Eingang |
| 4 | V- | Negative Versorgungsspannung |
| 5 | OFFSET NULL | Zweiter Anschluss für Offset-Nullabgleich |
| 6 | OUTPUT | Ausgang |
| 7 | V+ | Positive Versorgungsspannung |
| 8 | NC | Nicht angeschlossen (No Connection) |
LF351 Pinbelegung
Die genaue Kenntnis der Pinbelegung ist für die ordnungsgemäße Integration des LF351 in elektronische Schaltungen unerlässlich. Die Pinbelegung gibt Aufschluss über die räumliche Anordnung der einzelnen Anschlüsse am Gehäuse des Bauteils.
| Gehäusetyp | Pinbelegung | Besonderheiten |
|---|---|---|
| DIP-8 (Dual In-line Package) | Standard 8-Pin-Belegung mit 2,54 mm Rastermaß | Kerbe oder Punkt markiert Pin 1 |
| SOIC-8 (Small Outline Integrated Circuit) | SMD-Variante mit 1,27 mm Pinabstand | Punkt oder abgeschrägte Ecke markiert Pin 1 |
| SOP-8 (Small Outline Package) | Ähnlich SOIC, aber mit geringfügig anderen Abmessungen | Punkt oder abgeschrägte Ecke markiert Pin 1 |
LF351 Gehäuseformen
Der LF351 ist in verschiedenen Gehäuseformen erhältlich, um den unterschiedlichen Anforderungen moderner elektronischer Designs gerecht zu werden. Die Wahl des richtigen Gehäuses hängt von Faktoren wie Platzbedarf, Montagemethode und thermischen Überlegungen ab.
Die häufigsten Gehäuseformen für den LF351 sind:
- DIP-8 (Dual In-line Package): Dies ist das traditionelle 8-Pin-Durchsteckgehäuse mit einem Standardrastermaß von 2,54 mm (0,1 Zoll). Es ist ideal für Prototypen und experimentelle Schaltungen, da es leicht in Steckboards und Lochrasterplatinen eingesetzt werden kann.
- SOIC-8 (Small Outline Integrated Circuit): Diese SMD-Variante (Surface Mount Device) ist deutlich kompakter als das DIP-Gehäuse und eignet sich besonders für platzoptimierte Designs. Der Pinabstand beträgt hier typischerweise 1,27 mm.
- SOP-8 (Small Outline Package): Eine weitere SMD-Option mit ähnlichen Abmessungen wie das SOIC-8-Gehäuse, jedoch mit geringfügigen Unterschieden in den Dimensionen.
- TSSOP-8 (Thin Shrink Small Outline Package): Eine noch kompaktere Version für Anwendungen mit extremen Platzbeschränkungen.
Die Wahl des geeigneten Gehäuses hängt stark von der spezifischen Anwendung ab, wobei Faktoren wie Wärmeableitung, verfügbarer Platz und Montageoptionen berücksichtigt werden müssen.
LF351 Schaltplan
Der interne Schaltplan des LF351 offenbart die komplexe Struktur dieses Operationsverstärkers. Er besteht aus mehreren Transistorstufen, die sorgfältig angeordnet sind, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erzielen.
Die Eingangsstufe des LF-351 basiert auf einem JFET-Differenzverstärker, der für die hohe Eingangsimpedanz und den niedrigen Eingangs-Biasstrom verantwortlich ist. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber Operationsverstärkern mit bipolaren Eingangstransistoren.
Nach der Eingangsstufe folgt eine Verstärkungsstufe, die das Signal weiter verstärkt, bevor es zur Ausgangsstufe geleitet wird. Die Ausgangsstufe ist als Gegentaktverstärker konzipiert und sorgt für eine niedrige Ausgangsimpedanz und hohe Strombelastbarkeit.
Zusätzlich verfügt der LF351 über interne Kompensationsschaltungen, die zur Stabilität des Verstärkers bei hohen Frequenzen beitragen. Diese Kompensation verhindert unerwünschte Oszillationen und gewährleistet ein vorhersehbares Verhalten in verschiedenen Anwendungen.
Aufgrund seiner internen Struktur kann der LF351 in einer Vielzahl von Schaltungen eingesetzt werden, von einfachen Spannungsverstärkern bis hin zu komplexen aktiven Filtern und Signalverarbeitungsschaltungen.
LF351 Symbolische Darstellung
In Schaltplänen wird der LF351, wie die meisten Operationsverstärker, durch ein dreieckiges Symbol dargestellt. Diese standardisierte Darstellung erleichtert das Lesen und Verstehen elektronischer Schaltpläne.
Das Symbol des LF-351 besteht aus einem Dreieck, dessen Spitze nach rechts zeigt und den Ausgang (Pin 6) repräsentiert. Die beiden Eingänge befinden sich auf der linken Seite des Dreiecks: der nicht-invertierende Eingang (Pin 3) ist durch ein „+“ gekennzeichnet, während der invertierende Eingang (Pin 2) mit einem „-“ markiert ist.
Die Versorgungsspannungen (V+ und V-) werden üblicherweise nicht im Symbol selbst dargestellt, sondern sind implizit vorhanden oder werden separat in der Schaltung gezeigt. In detaillierteren Darstellungen können zusätzliche Anschlüsse wie die Offset-Null-Pins ebenfalls eingezeichnet sein.
Die symbolische Darstellung des LF351 folgt den internationalen Normen für elektronische Schaltzeichen und ermöglicht so eine klare und einheitliche Kommunikation in der Elektronikbranche.
LF351 Leistung – Strom & Spannung
Die elektrischen Kennwerte des LF351 sind entscheidend für seine korrekte Integration in elektronische Schaltungen. Diese Parameter definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen des Bauteils.
| Parameter | Wert | Einheit |
|---|---|---|
| Versorgungsspannung (max.) | ±18 | V |
| Versorgungsspannung (typisch) | ±15 | V |
| Versorgungsspannung (min.) | ±5 | V |
| Stromaufnahme (typisch) | 3,6 | mA |
| Kurzschlusstrom (Ausgang) | 25 | mA |
| Leistungsaufnahme (max.) | 670 | mW |
| Betriebstemperaturbereich | -40 bis +85 | °C |
| Lagertemperaturbereich | -65 bis +150 | °C |
Der LF-351 bietet eine bemerkenswerte Kombination aus hoher Leistung und niedrigem Stromverbrauch. Mit einer typischen Stromaufnahme von nur 3,6 mA ist er besonders geeignet für batteriebetriebene Anwendungen oder Schaltungen mit begrenztem Energiebudget. Die maximale Versorgungsspannung von ±18V ermöglicht einen großen Eingangsspannungsbereich, was die Flexibilität in verschiedenen Anwendungsszenarien erhöht.
Es ist wichtig zu beachten, dass die tatsächliche Leistungsaufnahme des LF351 von verschiedenen Faktoren abhängt, darunter die Betriebstemperatur, die Versorgungsspannung und die Lastbedingungen am Ausgang. Für kritische Anwendungen sollten die Datenblattangaben des Herstellers konsultiert werden, um eine optimale Leistung sicherzustellen.
LF351 Eigenschaften
Die technischen Eigenschaften des LF351 machen ihn zu einem vielseitigen und leistungsfähigen Operationsverstärker für eine Vielzahl von Anwendungen. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Eigenschaften zusammen:
| Eigenschaft | Wert | Einheit |
|---|---|---|
| Eingangsimpedanz | 10¹² | Ω |
| Eingangs-Biasstrom | 50 | pA |
| Offset-Spannung (max.) | 10 | mV |
| Slew Rate (typisch) | 13 | V/μs |
| Verstärkungsbandbreite | 4 | MHz |
| Einschwingzeit (0,1%) | 2 | μs |
| Harmonische Verzerrung | 0,02 | % |
| Common-Mode-Rejection-Ratio | 70 | dB |
| Spannungsverstärkung (Open-Loop) | 100.000 | V/V |
Die extrem hohe Eingangsimpedanz von 10¹² Ohm ist eine der herausragenden Eigenschaften des LF351 und resultiert aus der JFET-Eingangsstufe. Diese Eigenschaft macht den LF-351 besonders geeignet für Anwendungen mit hochohmigen Signalquellen, da praktisch kein Strom in die Eingänge fließt und somit keine Belastung der Signalquelle entsteht.
Die Slew Rate von 13 V/μs ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Signaländerungen, was den LF351 für Hochfrequenzanwendungen und schnelle Signalverarbeitung prädestiniert. Die geringe Einschwingzeit von nur 2 μs trägt ebenfalls zu dieser Eignung bei.
Die Spannungsverstärkung des LF351 ist mit 100.000 V/V außerordentlich hoch. Dies ermöglicht eine präzise Verstärkung auch kleiner Signale und macht den LF-351 zu einem idealen Baustein für Messverstärker und Instrumentenverstärker. Wie bei allen Operationsverstärkern kann die tatsächliche Verstärkung durch eine geeignete Rückkopplungsschaltung auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
Das Common-Mode-Rejection-Ratio (CMRR) von 70 dB sorgt für eine effektive Unterdrückung von Gleichtaktstörungen, was besonders in Anwendungen mit geringem Signal-Rausch-Verhältnis von Vorteil ist.
LF351 Anwendungen
Der LF351 findet aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften in zahlreichen elektronischen Schaltungen Verwendung. Hier sind einige der häufigsten Anwendungen:
- Präzisions-Gleichspannungsverstärker: Die hohe Eingangsimpedanz und niedrige Offset-Spannung machen den LF-351 ideal für präzise Gleichspannungsverstärkung.
- Aktive Filter: Der LF-351 wird häufig in aktiven Filtern eingesetzt, wie z.B. Tiefpassfiltern, Hochpassfiltern, Bandpassfiltern und Notch-Filtern.
- Integratoren und Differenziatoren: Die hohe Slew Rate und das große Verstärkungsbandbreitenprodukt machen den LF-351 geeignet für Integrator- und Differenziator-Schaltungen.
- Signalkonditionierung: In Sensorsystemen wird der LF-351 zur Signalaufbereitung vor der Analog-Digital-Wandlung eingesetzt.
- Sample-and-Hold-Schaltungen: Die schnelle Einschwingzeit und hohe Eingangsimpedanz machen den LF-351 ideal für Sample-and-Hold-Anwendungen.
- Instrumentenverstärker: In Kombination mit anderen Operationsverstärkern kann der LF-351 als Teil eines Instrumentenverstärkers verwendet werden.
- Spannungsfolger (Buffer): Die hohe Eingangsimpedanz prädestiniert den LF-351 für Pufferschaltungen, die eine Impedanzanpassung zwischen Schaltungsteilen ermöglichen.
- Oszillatoren: Der LF-351 kann in verschiedenen Oszillatorschaltungen eingesetzt werden, wie z.B. Wien-Brücken-Oszillatoren oder Quadraturoszillatoren.
- Strom-Spannungs-Wandler: Für die Umwandlung von Stromsignalen in Spannungssignale mit hoher Präzision.
- Fotodiodenvorverstärker: Die geringe Eingangskapazität und der niedrige Eingangs-Biasstrom machen den LF-351 ideal für Fotodiodenvorverstärker.
- Messverstärker in Sensorsystemen: Für die präzise Verstärkung von Signalen aus Sensoren wie Thermoelementen, Dehnungsmessstreifen oder pH-Elektroden.
- Aktive Präzisionsgleichrichter: Für die Gleichrichtung kleiner Signale ohne die Spannungsverluste von Diodengleichrichtern.
LF351 Äquivalent & Alternativen
Für spezifische Anwendungsanforderungen oder bei Lieferengpässen können folgende Alternativen zum LF351 in Betracht gezogen werden:
- TL071: Ein JFET-Operationsverstärker mit ähnlichen Eigenschaften, jedoch mit geringerer Bandbreite. Geeignet für kostensensitive Anwendungen.
- LF356: Ein leistungsfähigerer JFET-Operationsverstärker mit höherer Slew Rate und Bandbreite. Ideal für Hochfrequenzanwendungen.
- OPA134: Ein audiophiler Operationsverstärker mit sehr niedrigem Rauschen und geringer Verzerrung. Empfehlenswert für hochwertige Audioschaltungen.
- LF353: Ein Dual-Operationsverstärker mit zwei LF351-äquivalenten Verstärkern in einem Gehäuse. Geeignet für Anwendungen, die zwei Operationsverstärker benötigen.
- LF347: Ein Quad-Operationsverstärker mit vier LF351-äquivalenten Verstärkern in einem Gehäuse. Ideal für platzsparende Designs mit mehreren Operationsverstärkern.
- LF411: Ein verbesserter JFET-Operationsverstärker mit höherer Genauigkeit und geringerem Rauschen. Geeignet für Präzisionsanwendungen.
- AD8610: Ein JFET-Operationsverstärker mit extrem niedriger Offset-Spannung und niedrigem Rauschen. Ideal für hochpräzise Messanwendungen.
- LM6172: Ein schneller Operationsverstärker mit höherer Bandbreite und Slew Rate. Geeignet für Hochfrequenzanwendungen.
- OP07: Ein Präzisions-Operationsverstärker mit sehr niedriger Offset-Spannung. Besonders geeignet für DC-Anwendungen, bei denen die Genauigkeit im Vordergrund steht.
- NE5534: Ein rauscharmer Operationsverstärker mit hervorragenden Audioeigenschaften. Häufig in professionellen Audioanwendungen eingesetzt.
- TL081: Ein kostengünstiger JFET-Operationsverstärker mit ähnlichen Eigenschaften wie der LF351, jedoch mit geringfügig unterschiedlichen Leistungsmerkmalen.
- OPA627: Ein hochpräziser Operationsverstärker mit extrem niedrigem Rauschen und Verzerrung. Ideal für anspruchsvolle Messanwendungen und hochwertige Audiogeräte.
Bei der Auswahl einer Alternative zum LF351 ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu berücksichtigen. Faktoren wie Bandbreite, Slew Rate, Rauschverhalten, Offset-Spannung, Eingangsimpedanz und Preis spielen dabei eine entscheidende Rolle.
Zusammenfassung
Der LF351 ist ein vielseitiger JFET-Eingangs-Operationsverstärker, der sich durch seine hohe Eingangsimpedanz, niedrigen Eingangs-Biasstrom und gute Hochfrequenzeigenschaften auszeichnet. Diese Eigenschaften machen ihn zu einem idealen Baustein für eine Vielzahl von Anwendungen, von einfachen Verstärkerschaltungen bis hin zu komplexen Signalverarbeitungssystemen.
Die wichtigsten Merkmale des LF351 sind:
- JFET-Eingangsstufe mit extrem hoher Eingangsimpedanz (10¹² Ohm)
- Niedriger Eingangs-Biasstrom (50 pA)
- Hohe Slew Rate (13 V/μs)
- Verstärkungsbandbreite von 4 MHz
- Schnelle Einschwingzeit (2 μs)
- Geringe harmonische Verzerrung (0,02%)
- Breiter Versorgungsspannungsbereich (±5V bis ±18V)
- Vielseitige Gehäuseoptionen (DIP-8, SOIC-8, SOP-8)
Der LF351 findet Anwendung in präzisen Gleichspannungsverstärkern, aktiven Filtern, Integratoren, Signalkonditionierungsschaltungen, Sample-and-Hold-Schaltungen und vielen anderen Bereichen der Elektronik. Seine Leistungsmerkmale machen ihn besonders geeignet für Anwendungen, bei denen eine hohe Eingangsimpedanz, niedrige Verzerrung und schnelle Signalverarbeitung erforderlich sind.
Für spezifische Anforderungen stehen verschiedene Alternativen zum LF351 zur Verfügung, die sich in Bezug auf Leistung, Präzision, Rauschverhalten und Kosten unterscheiden. Bei der Auswahl des passenden Operationsverstärkers sollten die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung sorgfältig berücksichtigt werden.
Der LF351 bleibt trotz seines jahrzehntelangen Bestehens auf dem Markt ein beliebter und zuverlässiger Baustein in der modernen Elektronik. Seine Kombination aus guter Leistung, Vielseitigkeit und moderatem Preis macht ihn zu einer ausgezeichneten Wahl für viele elektronische Designs, von einfachen Hobbyprojekten bis hin zu anspruchsvollen industriellen Anwendungen.
LF351 Datenblatt
Weitere Informationen gibt es in dem LF351 Datenblatt zum Download.
Letztes Update des Artikels: 18. März 2025
