LM311: полное руководство по аналогам и заменам компаратора

Дифференциальные компараторы сравнивают два напряжения (или тока) и выдают цифровой сигнал (какое больше). Основа — высоковольтный дифференциальный усилитель. Применяются в АЦП, измерительных приборах. Один из популярных — LM311 (оп-амп компаратор). Рассмотрим распиновку, характеристики, применение, схемы и аналоги.

Что такое LM311?

LM311 — дешевый высокоскоростной компаратор напряжения. Широко используется в схемах сравнения: детекция утечки воды, световое управление, генераторы, нулевые детекторы. Корпус — 8 пинов (PDIP-8, SOIC-8, TSSOP-8).

Распиновка LM311 (8 пинов)

Пин	Название	Функция
1	EMIT OUT / Emitter	Эмиттер выходного транзистора (коллектор открыт)
2	IN+ (Non-inverting)	Неинвертирующий вход (переменное напряжение для сравнения)
3	IN- (Inverting)	Инвертирующий вход (опорное/фиксированное напряжение)
4	VCC- / GND	Земля / отрицательное питание (дуальное питание)
5	BALANCE	Баланс (компенсация входного смещения Vos)
6	BALANCE / STROBE	Строб / баланс (отключение выходной стадии)
7	COL OUT / Collector	Коллектор выходного транзистора (открытый коллектор)
8	VCC+	Положительное питание ОУ (до +15 В)

Выход — открытый коллектор (pin 7) с эмиттером на pin 1. Позволяет коммутировать нагрузки до 50 В / 50 мА, изолированные от земли системы.

Характеристики LM311

• Диапазон питания: дуальное ±2,5…±15 В, однополярное 5…30 В
• Выход и вход можно изолировать от системной земли
• Низкое потребление — управляет MOS, TTL, RTL нагрузками
• Ток нагрузки: до 50 мА, напряжение до 50 В
• Строб (pin 6) — отключение выхода, Balance (pin 5,6) — компенсация смещения
• Надежная работа от однополярного питания для двух ОУ
• Корпуса: 8-PDIP, 8-SOIC, 8-SO, 8-TSSOP
• Макс. ток от VCC+: 7,5 мА

Аналоги (Equivalents) LM311

Прямые аналоги (pin-to-pin, похожие спеки):

• NTE922
• LT111A (Linear Tech, улучшенная точность)

Функциональные аналоги (компараторы/ОУ, другая распиновка, требуют перенаводки):

• LM324 (4 ОУ в корпусе, можно использовать 1 как компаратор)
• LM339 (4 компаратора, открытый коллектор, 36 В макс.)
• LM211 (промышленный диапазон T, аналог LM311)
• OP07 (прецизионный ОУ, можно как компаратор)
• LM111 (военный/пром диапазон, аналог LM311)
• LM358 (2 ОУ, низковольтные, не rail-to-rail выход)
• LM741 (классический ОУ, как компаратор — медленно, без открытого коллектора)

Где применять LM311?

Главное преимущество — встроенный выходной транзистор с открытым коллектором и эмиттером. Аппаратно управляются коллектор и эмиттер → можно коммутировать нагрузки, изолированные от земли, до 50В/50мА. Идеально для реле, ламп, моторчиков, оптопар, TTL/MOS логики.

Примерные схемы с LM311

Датчик температуры (Heat Sensor)

Принцип:

• LM311 в режиме компаратора
• NTC термистор 10 кОм (отрицательный ТКС) — датчик тепла
• Переменный резистор 20 кОм — установка порога срабатывания
• LED — индикатор выхода
• При нагреве термистора сопротивление падает → напряжение на IN+ растет → превышает опорное на IN- → выход открывается → LED горит

Световой контроллер (Light Controller)

Работа:

• R3, R4 на IN+ задают опорное ~6 В
• Фоторезистор (LDR) на IN-: темнота → высокое R (МОм) → высокое U на IN- → компаратор LOW → транзистор Q1 закрыт → реле ВЫКЛ
• Свет → R фоторезистора ~5–10 кОм → низкое U на IN- → компаратор HIGH → Q1 открыт → реле ВКЛ
• R1 — регулировка порога освещенности

Применение LM311

• Генераторы (осцилляторы) — прямоугольные, треугольные, пилообразные
• Автоматизация (промышленная, бытовая)
• Блоки питания (защита, контроль)
• Бытовые приборы

• Защита от высокого напряжения / предупреждение
• Детектор пикового напряжения
• Ключевой усилитель мощности (switching power amplifier)
• Свободный мультивибратор (free-running multivibrator)
• Детектор перехода через ноль (zero crossing detector)
• Управление моторами, лампами, реле (до 50 мА)
• Схемы сравнения напряжений

Заключение

LM311 — быстрый дифференциальный компаратор для логических операций сравнения напряжений. Встроенный выходной транзистор с открытым коллектором делает его уникально удобным для коммутации нагрузок. Характеристики, схемы, аналоги рассмотрены выше. Дополнительные вопросы — обращайтесь к нам.