LM224 Quad-Operationsverstärker – Funktion & Schaltung

Was ist ein LM224 Quad-Operationsverstärker?

Der LM224 ist ein integrierter Schaltkreis, der vier interne Operationsverstärker in einem einzigen Gehäuse vereint. Diese Operationsverstärker sind frequenzkompensiert und wurden speziell entwickelt, um sowohl mit einer einzelnen Spannungsversorgung als auch mit symmetrischen Spannungsquellen zu arbeiten. Eine der Haupteigenschaften des LM-224 ist die Unabhängigkeit zwischen der Größe der Versorgungsspannung und der Stromaufnahme, was eine flexible Anwendung in verschiedenen Schaltkreisdesigns ermöglicht.

Der LM224 zeichnet sich durch einen breiten Anwendungsbereich aus, der von DC-Verstärkerblöcken bis hin zu Wandlerverstärkern reicht. Seine bemerkenswerten Eigenschaften umfassen große Spannungsversorgungsbereiche, hohe Bandbreite, geringe Eingangsoffsetspannung, niedrige Eingangsvorspannungsströme und die Fähigkeit, gemeinsame Eingangsspannungen einschließlich der Masse zu verarbeiten. Hinzu kommt ein hoher Ausgangsspannungsbereich, der den LM224 zu einem vielseitigen Baustein in der Elektronik macht.

Im Alltag begegnet uns der LM224 in zahlreichen Anwendungen wie LCD- und Digital-Fernsehern, digitalen Multimetern, Oszilloskopen, Waagen, DVD-Recordern, DVD-Playern sowie in verschiedenen Sensoranwendungen für Chemikalien, Gase und Temperaturen. Diese Vielseitigkeit macht den LM-224 zu einem der am häufigsten verwendeten Operationsverstärker in der modernen Elektronik.

Einführung in den LM224

Der LM224 integrierte Schaltkreis enthält vier Operationsverstärker, die intern frequenzkompensiert sind. Diese Operationsverstärker können mit einer einzelnen Spannungsversorgung oder mit gespaltenen Spannungsquellen betrieben werden. Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften bei gleichzeitig niedrigen Kosten ist der LM-224 ein beliebtes Bauteil in der Elektronikbranche.

Die technischen Vorteile des LM224 umfassen eine breite Bandbreite, niedrige Eingangsoffsetspannung und -strom sowie einen geringen Eingangsvorspannungsstrom. Diese Eigenschaften machen ihn besonders geeignet für präzise Messungen und Signalverarbeitung. In der Praxis findet der LM-224 Anwendung in LCD-Fernsehern, Multimetern, Temperatursensoren und vielen weiteren Geräten.

Der LM224 ist ein zuverlässiger und stabiler Operationsverstärker, dessen Leistungsparameter deutlich über denen vergleichbarer Bauelemente liegen. Seine Fähigkeit, unter verschiedenen Bedingungen zu funktionieren, macht ihn zu einer idealen Wahl für Projekte, die eine zuverlässige Signalverarbeitung erfordern.

LM224 Pins & Pin-Funktionen

Der LM224 verfügt über insgesamt vierzehn (14) Pins, wobei jeder Pin eine spezifische Funktion erfüllt. Diese Pins ermöglichen den Anschluss des Bauteils an verschiedene Schaltkreiskomponenten und stellen die Grundlage für die Funktionalität des Operationsverstärkers dar.

LM224 Pinbelegung

Die Pinbelegung des LM224 folgt einer standardisierten Konfiguration für Quad-Operationsverstärker im 14-poligen DIP-Gehäuse. Diese Anordnung ermöglicht eine optimale Signalführung und minimiert Störeinflüsse zwischen den einzelnen Verstärkern.

Im Layoutdesign sollte besondere Aufmerksamkeit auf die Trennung der Signalwege und die korrekte Entkopplung der Versorgungsspannung gelegt werden, um ein optimales Betriebsverhalten zu gewährleisten.

Die Pinbelegung des LM224 ist so konzipiert, dass sie die Implementierung grundlegender Operationsverstärkerschaltungen wie Verstärker, Filter und Komparatoren vereinfacht.

LM224 Gehäuseformen

Der LM224 wird in verschiedenen Gehäuseformen angeboten, um unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf Platzbedarf, Wärmeabfuhr und Montageverfahren gerecht zu werden. Die häufigsten Gehäuseformen sind das traditionelle DIP-14 (Dual In-line Package) für die Durchsteckmontage sowie verschiedene SMD-Varianten (Surface Mount Device) wie SOIC-14 (Small Outline Integrated Circuit) und TSSOP-14 (Thin Shrink Small Outline Package) für die Oberflächenmontage. Diese Vielfalt an Gehäuseformen ermöglicht es Entwicklern, die für ihre spezifische Anwendung am besten geeignete Variante zu wählen, sei es für Prototypen, Kleinserien oder Massenproduktion.

LM224 Schaltplan

Der LM224 besteht intern aus vier unabhängigen Operationsverstärkern, die jeweils einen invertierenden und einen nicht-invertierenden Eingang sowie einen Ausgang besitzen. Diese vier Verstärker teilen sich eine gemeinsame Versorgungsspannung, sind jedoch signaltechnisch voneinander isoliert, was einen unabhängigen Betrieb ermöglicht. Die typische Schaltungsanordnung umfasst die erforderlichen externen Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren zur Einstellung der Verstärkung, Filterung und Rückkopplung. Je nach Anwendungsfall können die Operationsverstärker als Spannungsverstärker, Komparatoren, aktive Filter, Impedanzwandler oder in anderen linearen und nichtlinearen Konfigurationen eingesetzt werden.

Die nachfolgende Schaltung veranschaulicht die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten des LM224 in verschiedenen linearen Anwendungen und verdeutlicht, wie alle vier Operationsverstärker unabhängig voneinander in unterschiedlichen Konfigurationen eingesetzt werden können, während sie sich eine gemeinsame Versorgungsspannung teilen.

Bei der Integration des LM224 in eine Schaltung sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Entkopplung der Versorgungsspannung mit Keramikkondensatoren (typischerweise 100 nF) nahe am IC
• Korrekte Auslegung der Rückkopplungswiderstände zur Vermeidung von Instabilitäten
• Berücksichtigung der Eingangs-Offset-Spannung in präzisen Anwendungen
• Vermeidung übermäßiger kapazitiver Lasten am Ausgang, die zu Instabilitäten führen können
• Einhaltung der maximalen Eingangs-Gleichtaktspannung

LM224 Symbolische Darstellung

Die symbolische Darstellung des LM224 zeigt die vier enthaltenen Operationsverstärker mit ihren jeweiligen Ein- und Ausgängen sowie die gemeinsamen Versorgungsanschlüsse. In Schaltplänen wird jeder der vier Operationsverstärker üblicherweise als eigenständiges Dreieckssymbol mit einem invertierenden Eingang (mit „-“ gekennzeichnet), einem nicht-invertierenden Eingang (mit „+“ gekennzeichnet) und einem Ausgang dargestellt. Die Versorgungsanschlüsse werden entweder explizit gezeichnet oder als implizit vorhanden angenommen, abhängig von der Schaltplan-Konvention.

Diese symbolische Darstellung erleichtert das Verständnis der Funktionsweise des LM-224 und hilft Entwicklern bei der korrekten Integration in ihre Schaltungen. Durch die klare Kennzeichnung der Eingänge als invertierend oder nicht-invertierend können die grundlegenden Schaltungskonfigurationen wie invertierender Verstärker, nicht-invertierender Verstärker, Spannungsfolger oder Differenzverstärker leicht implementiert werden. Die modulare Struktur mit vier unabhängigen Operationsverstärkern in einem Gehäuse bietet zudem Flexibilität bei der Gestaltung komplexer analoger Schaltungen und optimiert gleichzeitig den Platzbedarf auf der Leiterplatte.

LM224 Leistung – Strom & Spannung

Der LM224 zeichnet sich durch seine flexible Spannungsversorgung und sein effizientes Leistungsprofil aus. Die Betriebsparameter ermöglichen den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen mit unterschiedlichen Spannungs- und Stromanforderungen. Besonders hervorzuheben ist die Fähigkeit des LM-224, sowohl mit einer einfachen als auch mit einer dualen Spannungsversorgung zu arbeiten, was die Anwendungsvielfalt deutlich erhöht.

LM224 Eigenschaften

Der LM224 bietet eine Reihe hervorragender technischer Eigenschaften, die ihn zu einer bevorzugten Wahl für viele analoge Anwendungen machen. Seine internen Frequenzkompensationsmechanismen eliminieren die Notwendigkeit externer Kompensationskomponenten, was die Schaltungsgestaltung vereinfacht und den Platzbedarf reduziert. Besonders bemerkenswert ist die Kombination aus niedrigem Stromverbrauch und hoher Bandbreite, die eine effiziente Signalverarbeitung ermöglicht.

LM224 Anwendungen

Der LM224 findet aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften und seiner Kosteneffizienz Anwendung in zahlreichen elektronischen Geräten und Systemen. Seine Fähigkeit, sowohl mit einer einzelnen als auch mit einer dualen Spannungsversorgung zu arbeiten, ermöglicht den Einsatz in einer breiten Palette von Anwendungen. Die interne Frequenzkompensation und der weite Betriebstemperaturbereich machen den LM-224 besonders geeignet für industrielle und Konsumerelektronik-Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und stabile Leistung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen erforderlich sind.

• LCD- und Digital-TV-Geräte: Signalverarbeitung und -verstärkung für Bildschirmansteuerungen
• Digitale Multimeter: Signalkonditionierung und Referenzspannungserzeugung
• Oszilloskope: Eingangsvorverstärker und Triggerschaltungen
• Waagen: Präzise Gewichtsmessung und -anzeige
• DVD-Recorder und DVD-Player: Audiosignalverarbeitung und -verstärkung
• Chemische Sensoren: Signalanpassung und -verstärkung für Messwerterfassung
• Gassensoren: Signalanpassung für Gasdetektion und -überwachung
• Temperatursensoren: Signalverstärkung für präzise Temperaturmessung
• Aktive Filter: Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- und Notchfilter
• Spannungsregler: Referenzspannungserzeugung und -stabilisierung
• Instrumentenverstärker: Präzise Verstärkung von Differenzsignalen
• Stromsensingschaltungen: Messung und Überwachung von Stromflüssen
• Rauschfilter: Unterdrückung von unerwünschten Signalkomponenten
• Impedanzwandler: Anpassung unterschiedlicher Impedanzniveaus
• Integratorschaltungen: Zeitintegrationen für diverse Anwendungen
• Differentiatorschaltungen: Zeitliche Ableitung von Signalen

LM224 Äquivalent & Alternativen

Wenn der LM224 aus bestimmten Gründen nicht verfügbar ist oder spezifische Anwendungsanforderungen nicht erfüllt, gibt es verschiedene Alternativen mit ähnlichen oder verbesserten Eigenschaften. Diese Äquivalente können in vielen Fällen direkt als Ersatz verwendet werden, obwohl manchmal geringfügige Anpassungen der Schaltung erforderlich sein können, um optimale Leistung zu erzielen.

• LM324: Der direkteste Ersatz mit nahezu identischen Eigenschaften, jedoch mit geringfügig unterschiedlichen Spezifikationen in Bezug auf Rauschen und Geschwindigkeit
• LM2902: Für den erweiterten Temperaturbereich optimierte Variante mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften
• TL074: JFET-Eingangs-Quad-Operationsverstärker mit höherer Eingangsimpedanz und geringerem Rauschen
• TL084: Verbesserte Version des TL074 mit höherer Bandbreite und Slew Rate
• NE5514: Quad-Operationsverstärker mit niedrigem Rauschen für audiophile Anwendungen
• MC33079: Hochleistungs-Quad-Operationsverstärker mit verbesserter Bandbreite
• LM348: Hochleistungs-Quad-Operationsverstärker mit 741-kompatiblen Pin-Belegungen
• OP484: Präzisions-Quad-Operationsverstärker mit verbesserter Offset-Spannung
• AD824: Quad-Operationsverstärker mit FET-Eingängen für höhere Präzision
• RC4156: Quad-Operationsverstärker mit verbesserter Gleichtaktunterdrückung
• LMC6484: Quad-CMOS-Operationsverstärker mit Rail-to-Rail-Ausgang für niedrige Versorgungsspannungen
• MAX4478: Hochleistungs-Quad-Operationsverstärker mit geringem Stromverbrauch
• TS924: Quad-Operationsverstärker mit Rail-to-Rail-Ein- und Ausgängen

Zusammenfassung

Der LM224 ist ein vielseitiger Quad-Operationsverstärker mit internen Frequenzkompensationsschaltungen, der sich durch seine Flexibilität in der Spannungsversorgung und seinen geringen Stromverbrauch auszeichnet. Mit seinen vier unabhängigen Operationsverstärkern in einem einzigen Gehäuse bietet er eine platzsparende Lösung für analoge Signalverarbeitungsaufgaben. Die Fähigkeit, sowohl mit einer einfachen als auch mit einer dualen Spannungsversorgung zu arbeiten, macht ihn besonders vielseitig einsetzbar.

Die wichtigsten Eigenschaften des LM-224 umfassen eine niedrige Eingangs-Offset-Spannung, geringe Eingangs-Bias-Ströme und einen weiten Gleichtaktspannungsbereich, der auch den Massepegel einschließt. Mit einem Verstärkungsbandbreite-Produkt von 1,2 MHz und einer Anstiegsgeschwindigkeit von 0,5 V/µs eignet er sich für zahlreiche Anwendungen in der Signalverarbeitung, Sensorik und Instrumentierung. Der LM224 wird in verschiedenen Gehäuseformen angeboten, darunter DIP-14, SOIC-14 und TSSOP-14, was Flexibilität bei der Leiterplattengestaltung ermöglicht.

Seine breite Anwendungspalette erstreckt sich von Konsumerelektronik wie TV-Geräten und DVD-Playern über Messinstrumente wie Multimeter und Oszilloskope bis hin zu verschiedenen Sensoranwendungen für Temperatur, Gas und chemische Substanzen. Durch seine Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und einfache Integration hat sich der LM224 als Standardbaustein in der analogen Elektronik etabliert und wird auch in modernen Schaltungen weiterhin häufig eingesetzt.

LM224 Datenblatt

Weitere Informationen gibt es in dem LM224 Datenblatt zum Download.

Letztes Update des Artikels: 19. März 2025