Symbol und Anschlussbelegung
Maximale Betriebsdaten
| maximale Versorgungsspannung U+ - U- | 32 V |
| Eingangsspannung | -0,3 V bis +32 V |
| Gesamtleistung aller Elemente | 830 mW bei 25 °C |
| maximaler Eingangsstrom Uin < 0,3 V bei 25 °C | 10 mA |
| Kurzschluss gegen U- nur ein Ausgang | dauerhaft |
| Betriebstemperatur | 0 °C bis 70 °C |
| Diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden. | Siehe: Betriebsdaten und Grenzdaten |
Gehäuse
Die LM158-P, LM258-P und LM358-P haben ein Dual-In-Line-Gehäuse DIL-8-Gehäuse.
Der LM324-P hat ein DIL-14-Gehäuse.
Eigenschaften
- Die LM158, LM258, LM358 und LM324 können mit einer einzelnen oder mit zwei Versorgungsspannungen arbeiten.
- Die Versorgungsspannung liegt bei
- 3 V bis 32 V oder
- ±1,5 V bis ±16 V.
Die folgenden Angaben beziehen sich auf eine einzelne Versorgungsspannung von 5 V.
-
Die Eingangsspannung kann bei jeder Versorgungsspannung Uv- betragen.
Bei einer einzelnen Versorgungsspannung kann die Eingangsspannung 0 V betragen.
- Sie kann bis zu Uv- - 0,3 V (-0,3 V) reichen.
- Im Betrieb sollte die Eingangsspannung maximal 2 V unter der Versorgungsspannung Uv+ liegen.
- Wenn die Eingangsspannung beider Eingänge eines Operationsverstärkers unter Uv- - 0,3 V (-0,3 V) oder über Uv+ - 2 V liegt, ist seine Funktion nicht mehr gesichert. Siehe Phasenumkehr.
- Die Ausgangsspannung erreicht nahezu Uv- bzw. 0 V:
- bei bis zu 2 µA unter 20 mV
- bei bis zu 0,02 mA unter 100 mV
- bei bis zu 0,1 mA unter 0,5 V
- bei bis zu 10 mA unter 1 V.
- Die Ausgangsspannung erreicht nie Uv+:
- bei bis zu 1 mA 1,5 V unter Uv+
- bei bis zu 10 mA 2,0 V unter Uv+.
- Die maximale Betriebsfrequenz sollte unter 10 kHz liegen.
- Der Versorgungsstrom liegt
- bei 5 V unter 1,2 mA und
- bei 30 V unter 2 mA.
| Typ | Eingangsstrom | Offsetspannung | Verstärkung |
| LM158 | 50 nA | 2 mV | 50000 |
| LM258 | 100 nA | 3 mV | 50000 |
| LM358 | 150 nA | 5 mV | 25000 |
| LM324 | 150 nA | 5 mV | 25000 |
Eingänge des LM358 und LM324
Der LM358 und der LM324 sind sehr robust. Um unerwünschte Effekte und Ausfälle zu vermeiden, sind einige Regeln zu beachten.
- Der LM358 und der LM324 benötigen einen Eingangsstrom, Iin, der aus dem Eingang fließt. Dies kann z. B. durch einen Widerstand von 10 MΩ oder weniger erreicht werden.
- Nicht benutzte Eingänge sollten nicht offengelassen werden. Der nicht-invertierende Eingang wird mit 10 kΩ an Masse angeschlossen. Der invertierende Eingang wird mit dem Ausgang verbunden.
- Die Eingänge sind gegen zu hohe positive und negative Spannungen geschützt. Der Strom muss begrenzt werden. Ein Widerstand mit 10 kΩ oder mehr schützt die Eingänge.
- Zu hohe positive und negative Eingangsspannungen können zu Fehlfunktionen des LM358 und des LM324 führen. Sie werden jedoch nicht dauerhaft beschädigt.
Ausgangsspannungen bei Belastung
Wir betrachten hier den LM358 bei einer Versorgungsspannung von Uv = 5 V
Der Ausgang des LM358 kann auf zwei Weisen belastet werden:
- Ein Strom fließt aus dem Ausgang nach Minus: Laststrom
- Ein Strom fließt von der Versorgungsspannung in den Ausgang: Senkenstrom
In Bild 1 wird die Ausgangsspannung bei verschiedenen Ausgangsströmen dargestellt.
- Die Ausgangsspannung, wenn Strom aus dem Ausgang fließt: Laststrom violett
- Die Ausgangsspannung, wenn Strom in den Ausgang fließt: Senkenstrom schwarz
Interessant ist, welche Ausgangsspannung sich bei verschiedenen Lastwiderständen einstellt. Hier haben wir wieder zwei Fälle:
- Wenn ein Strom aus dem Ausgang fließt, muss der Widerstand an 0 V liegen (gestrichelt).
- Die Ausgangsspannung ergibt sich aus dem Schnittpunkt der gestrichelten Linie mit der violetten.
- Wenn ein Strom in den Ausgang fließt, muss der Widerstand an 5 V liegen (gepunktet).
- Die Ausgangsspannung ergibt sich aus dem Schnittpunkt der gepunkteten Linie mit der schwarzen.
Die Kennlinien der Widerstände sind keine Geraden, weil der Strom logarithmisch dargestellt ist.
Ausgangsspannung
Der LM358 und der LM324 können bei Betrieb an 5 V maximal 3,8 V liefern. Wenn wir einen Widerstand Rp zwischen 5 V (V+) und Ausgang schalten, kann eine höhere Spannung abgegeben werden. Die maximale Ausgangsspannung ist vom Widerstand Rp und dem Laststrom abhängig.
- Bei einem Widerstand von Rp = 1 kΩ folgt die Ausgangsspannung der rot gepunkteten Linie.
- Bei geringem Laststrom beträgt sie 5 V und fällt mit höherem Strom, bis diese Linie die violette Linie bei 3,7 V und 1,3 mA schneidet.
- Ab diesem Punkt folgt die Ausgangsspannung der violetten Linie.
- Dieser Widerstand (Rp = 1 kΩ) belastet allerdings den Ausgang bei kleinen Ausgangsspannungen. Die rot gepunktete Linie schneidet die Linie für den Senkenstrom bei etwa 0,9 V.
- Die Kennlinien für Rp = 10 kΩ an 5 V und Rp = 470 Ω an 5 V können auf ähnliche Weise verwendet werden.
Regeln
- Der LM358 und der LM324 können mit einer einzigen Versorgungsspannung von 5 V betrieben werden.
- Die Versorgungsspannung beträgt:
- 3 V bis 32 V
- ±1,5 V bis ±16 V.
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Die Eingangsspannung kann bei jeder Versorgungsspannung Uv- betragen.
Bei nur einer Versorgungsspannung kann die Eingangsspannung 0 V betragen.
- Sie sollte Uv- - 0,1 V (-0,3 V) nicht unterschreiten.
- Die Eingangsspannung sollte immer 2 V unter Uv+ liegen.
- Wenn die Eingangsspannung größer als Uv+ - 2 V ist, kann es zu Fehlfunktionen kommen (Phasenumkehr).
- Die Ausgangsspannung erreicht niemals Uv+, sondern Uv+ - 2 V.
- Bei kleinen Lasten (<20 µA) erreicht die Ausgangsspannung fast Uv- (0 V).
- Bei 10 mA Ausgangsstrom fallen bis zu 2 V ab.
- Der Ausgangsstrom sollte meist nicht höher als 10 mA sein.
- Der Ausgang kann dauerhaft gegen Minus kurzgeschlossen werden.
- Dies kann jedoch zur Überhitzung führen.
- Bei Betriebsspannungen über 5 V sollte der Strom auf 30 mA begrenzt werden.
- Der Eingangsstrom beträgt weniger als 150 nA.
- Dieser Eingangsstrom muss jedoch fließen können.
- Nicht benutzte Eingänge dürfen nicht offen sein.
- Die Offsetspannung ist kleiner als 5 mV.
- Der Versorgungsstrom ist kleiner als 1,2 mA.
- Die Verstärkung mit Rückkopplung sollte unter 100 liegen.
Phasenumkehr
Unter Phasenumkehr versteht man die Umkehrung der Verstärkung eines Operationsverstärkers, d. h., aus einem invertierenden Verstärker wird ein nicht invertierender Verstärker und umgekehrt. Dies kann sich negativ auf das Verhalten einer Schaltung auswirken und führt häufig zu Schwingungen.
Der gültige Gleichtaktbereich eines LM358 reicht von 0 V bis Uv - 2 V. Die Eingänge können Uv bis zur maximalen Uv überschreiten, ohne dass der LM358 beschädigt wird.
Mindestens ein Eingang muss innerhalb des gültigen Eingangsgleichtaktbereichs liegen, damit der Ausgang die richtige Phase hat. Wenn beide Eingänge den gültigen Bereich überschreiten, ist die Ausgangsphase undefiniert. Wenn einer der Eingänge unter -0,3 V liegt, ist die Ausgangsphase undefiniert. Der Eingangsstrom sollte auf 1 mA begrenzt werden.
Mehr unter Phasenumkehr bei Operationsverstärkern.