เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ...

25
เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส เรื ่องที 1 Interpretation of Data Sheets And Practical of An Op-Amp มนตรี ศิริปรัชญานันท ภาควิชาครุศาสตรไฟฟา สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาพระนครเหนือ http://www.teched.kmitnb.ac.th/~msn

Upload: others

Post on 24-Sep-2020

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

เอกสารประกอบการสอนวชา 222210 การออกแบบวงจรอเลกทรอนกส

เรองท 1

Interpretation of Data SheetsAnd

Practical of An Op-Amp

มนตร ศรปรชญานนทภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

http://www.teched.kmitnb.ac.th/~msn

Page 2: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

2

Interpretation of Data SheetsAnd

Practical of An Op-Amp

ใน Data Sheets ของ Op-Amp แตละเบอร จะมขอมลของ Op-Amp เบอรนนซงผผลตไดก าหนดหรอทดสอบออกมา เพอประโยชนในการออกแบบวงจรของผใชงาน

Data Sheets ของ Op-Amp แตละเบอรกจะมขอมลทตางๆกนไปแลวแตบรษทผผลต แตผผลตทวไป นยมทจะบอก ขอมลเหลานมาใน Data Sheet

Input Offset Voltageเปนความตางศกยระหวาง 2 Input terminals ของ Op-Amp คา Input Offset Voltage )( iosV น

จะมคาเปนบวกหรอลบกไดคา iosV นใน Op-Amp แตละเบอรจะมคาไมเทากน ตวอยางเชน iosV (741C) = 6mV (Maximum) หรอ iosV (714C) = Vµ150 (Maximum) เนองจาก 714C เปน Precision Op-Amp

Input Offset Current เปนคาความแตกตางของกระแส )(−I กบ )(+I ท Input Terminal ของ Op-Amp

)()()( +− −= IIICurrentOffsetInput os

ตวอยางของคา osI ใน Op - Amp เบอรตางๆ

)(6)714()(200)741(

MaxnACIMaxnACI

os

os

==

Input Bias Current ; )( BI

เปนคาเฉลยของกระแสทไหลเขา Input terminals ของ Op-Amp ซงหาไดจาก

-

+)(+I

)(−I

Page 3: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

3

2)()( +− +

=II

I B

ตวอยางของคา BI ใน Op-Amp เบอรตางๆ

)(7)714()(500)741(

MaxnACIMaxnACI

os

B

==

Differential Input Resistance ; )( iR

เปน Input Resistance ระหวาง Inverting Input และ Non-Inverting Inputตวอยางของคา )( iR ของ Op-Amp เบอรตางๆ

)(10,000,1)771(

2)741(12 ampOpinputFETGR

MCR

i

i

−ΩΩ=

Ω=

Input Capacitance ; )( iC

เปน Equivalent Capacitance ทปรากฏอยระหวาง Inverting input หรอ Non-inverting input กบ Ground

ตวอยางของคา iC ของ Op-Amp เบอรตางๆ pFCCi 4.1)741( =

Offset Voltage Adjustment Range Op-Amp บางเบอร เชน 741 จะม Terminal เตรยมไวส าหรบปรบ Offset Voltage โดยการตอ

POT ในต าแหนงทระบมาใน Data Sheet ส าหรบ 741จะม Offset Voltage Adjustment Range mV15±

เมอใช POT ขนาด Ωk10

Input Voltageเมอ Input terminal ถกตอไวทแรงดนคาเดยวกน แรงนจะเรยกวา Common-Mode Voltage

)( cmV และเรยกการท างานของ Op-Amp เปน Common-mode ดงวงจรในหนาถดไป

Output-

+

u−

u+

cmV

Page 4: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

4

ส าหรบ Op-Amp เบอร 741 จะม Input Voltage Range V13± (Maximum) หมายถงวา Input Voltage จะสงไดไมเกน +13V หรอวาต าไดไมเกน –13V

Common – Mode Rejection Ratio ; (CMRR)คา CMRR เปนอตราสวนระหวาง Differential – mode gain )( dA และ Common – Mode gain

)( cA

c

dAACMRR

โดยทวไป dA จะมคาประมาณ Open loop gain )( oA หรอวา Large – Signal Voltage gain (A)

ตวอยางของคา CMRR ใน Op - Amp เบอรตางๆ

)(Pr120)714()(90)741(

AmpOpecisiondBCCMRRtypcallydBCCMRR

−==

Supply Voltage Rejection Ratio ; (SVRR)เปนการเปลยนแปลงคา Input offset Voltage )( iosV เนองมาจากการเปลยนแปลงของ Supply

Voltage อาจจะเรยกอกอยางวา Power Supply Rejection Ratio (PSRR) หรอ Power Supply Sensitivity (PSS) ซงมกจะมหนวยเปน Microvolts ตอ Volts

VVSVRR ios∆

∆= VV /µ

ยกตวอยางเชน เบอร 741C จะม VVSVRR /150 µ= ซงหมายความวาทกๆการเปลยนแปลง Supply Voltage 1V คา iosV จะเปลยนแปลงไป Vµ150 จากเดม

เบอร 741C จะม SVRR ระบในหนวยของ dB คอเทากบ 104dB

∆∆=iosVVindBSVRR log20)(

หรอ 741C ม VVSVRR /13.6 µ=

Large – Signal Voltage Gainเปนอตราขยายของ Op –Amp

Page 5: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

5

VoltageInputalDifferentiVoltageOutputGainVoltage =

หรอ

id

oVVA =

ส าหรบ 741C จะมคา A = 200V/mV หรอ 200,000 เทา

Output Voltage Swing คอ การเปลยนแปลงทสามารถเปลยนแปลงแรงดน Output ไดสงทสด ส าหรบ 741Cจะม VSwingVoltageOutput 13±= เมอ Ω≥ kRL 2 และ VVoltageSupply 15±= ตามวงจรขางลาง

+15V

-15V

-

+oVΩ≥ kRL 2

idV

Output Resistance ; )( oR

เปน Equivalent Resistance ทสามารถวดไดท Output terminal ของ Op - Amp กบกราวด ส าหรบ 741C จะมคา Ω= 75oR

Output Short – Circuit Current

-

+

idV

oV

O/PoR

Page 6: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

6

ขณะทใชงาน Op - Amp หากมการ Short – Circuit ท Output กจะเกดกระแสจ านวนมากไหลออกจาก Op - Amp ซงจะท าใหเกดความรอนและพงในทสด Op - Amp บางเบอรอยางเชน 741 จงม Short – Circuit protection ไว ซงจะท าการก าจดกระแสไมใหมคาเกน 25mA ส าหรบเบอร 741

Supply Current ; )( sI

เปนกระแสท Op - Amp ตองการใชจาก Power Supply ส าหรบ Op - Amp เบอร 741 จะมคาmAI s 8.2=

Power Consumption ; )( cP

เปนปรมาณของ )0( VVPowerQuiescent in = ท Op - Amp ตองการในการท างาน ส าหรบ Op - Amp เบอร 741 จะมคา cP ประมาณ 85mW

Slew Rate ; )(SR

เปน Maximum rat ของการเปลยนแปลง Output Voltage ตอ Time

SVdtdVSR

Max

o µ/=

คา Slew Rate จะท าการทดสอบท Unity Gain (+1) ซงจะเปนคาคงทของ Op - Amp แตละเบอร ในการเลอก Op - Amp ใชงานดานความถตองน าคา SR มาพจารณาดวย เพระถา Output Voltage ตองการSlope ซงมคาสงกวา SR มากกจะเกด Distortion ขนได

ตวอยางเชนคา SR ใน Op - Amp เบอรตางๆ

)(/70)318(/13)34001771,351(

/5.0)741(

AmpOpSpeedHifhSVLMSRSVMCAFLFSR

SVCSR

−==

=

µµµ

µ

Gain – Bandwidth Product ; )(GB

เปนคา Bandwidth ของ Op - Amp เมอ Gain ลดลงเปน 1 ดงรปขางลาง

10

f

Bandwidth

vA

vA

Page 7: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

7

บางครงคา Gain – Bandwidth Product อาจเรยกเปน Closed – loop Bandwidth , Unity Gain Bandwidth หรอ Small – Signal Bandwidth

ตวอยางของคา GB ของ Op - Amp เบอรตางๆGB(741) = 1MHzGB(LF351 , MC34001) = 4MHz

Average Temperature Coefficient of Input Offset Voltage (and Current)คา Average Temperature Coefficient of Input Offset Voltage หมายถงอตราการเปลยนแปลง

โดยเฉลยใน Input Offset Voltage ตอการเปลยนแปลงของ Temperature มกจะมหนวยเปน CV ο/µ

สวนคา Average Temperature Coefficient of Input Offset Current กจะหมายถงอตราการเปลยนแปลงโดยเฉลยใน Input Offset Current ตอการเปลยนแปลงของ Temperature มหนวยเปน CpA ο/

ตวอยางของ Op - Amp เบอร 741C (Precision Op – Amp)CV

TVios ο/5.0 µ=∆

CpATI ios ο/12=∆

Long – Term Input Offset Voltage (and Current) Stability

tVios∆

∆ = อตราการเปลยนแปลงโดยเฉลยของ Input Offset Voltage เทยบกบคาเวลา (time) มหนวยเปน WeekV /µ

tI ios∆

∆ = อตราการเปลยนแปลงโดยเฉลยของ Input Offset Current เทยบกบคาเวลา (time) มหนวยเปน WeekpA /

Page 8: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

222210 ELECTRONIC CIRCUIT DESIGN

มนตร ศรปรชญานนท ภาควชาครศาสตรไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

8

ภาคผนวกOp-amp Datasheet

LM741General Purpose Operational Amplifier

LF411Precision Operational Amplifier

Page 9: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

LM741Operational AmplifierGeneral DescriptionThe LM741 series are general purpose operational amplifi-ers which feature improved performance over industry stan-dards like the LM709. They are direct, plug-in replacementsfor the 709C, LM201, MC1439 and 748 in most applications.

The amplifiers offer many features which make their applica-tion nearly foolproof: overload protection on the input andoutput, no latch-up when the common mode range is ex-ceeded, as well as freedom from oscillations.

The LM741C is identical to the LM741/LM741A except thatthe LM741C has their performance guaranteed over a 0˚C to+70˚C temperature range, instead of −55˚C to +125˚C.

Connection Diagrams

Typical Application

Metal Can Package

DS009341-2

Note 1: LM741H is available per JM38510/10101

Order Number LM741H, LM741H/883 (Note 1),LM741AH/883 or LM741CH

See NS Package Number H08C

Dual-In-Line or S.O. Package

DS009341-3

Order Number LM741J, LM741J/883, LM741CNSee NS Package Number J08A, M08A or N08E

Ceramic Flatpak

DS009341-6

Order Number LM741W/883See NS Package Number W10A

Offset Nulling Circuit

DS009341-7

August 2000LM

741O

perationalAm

plifier

© 2000 National Semiconductor Corporation DS009341 www.national.com

Page 10: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Absolute Maximum Ratings (Note 2)

If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for availability and specifications.

(Note 7)

LM741A LM741 LM741CSupply Voltage ±22V ±22V ±18VPower Dissipation (Note 3) 500 mW 500 mW 500 mWDifferential Input Voltage ±30V ±30V ±30VInput Voltage (Note 4) ±15V ±15V ±15VOutput Short Circuit Duration Continuous Continuous ContinuousOperating Temperature Range −55˚C to +125˚C −55˚C to +125˚C 0˚C to +70˚CStorage Temperature Range −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚CJunction Temperature 150˚C 150˚C 100˚CSoldering Information

N-Package (10 seconds) 260˚C 260˚C 260˚CJ- or H-Package (10 seconds) 300˚C 300˚C 300˚CM-Package

Vapor Phase (60 seconds) 215˚C 215˚C 215˚CInfrared (15 seconds) 215˚C 215˚C 215˚C

See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” for other methods of solderingsurface mount devices.ESD Tolerance (Note 8) 400V 400V 400V

Electrical Characteristics (Note 5)

Parameter Conditions LM741A LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Input Offset Voltage TA = 25˚C

RS ≤ 10 kΩ 1.0 5.0 2.0 6.0 mV

RS ≤ 50Ω 0.8 3.0 mV

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX

RS ≤ 50Ω 4.0 mV

RS ≤ 10 kΩ 6.0 7.5 mV

Average Input Offset 15 µV/˚C

Voltage Drift

Input Offset Voltage TA = 25˚C, VS = ±20V ±10 ±15 ±15 mV

Adjustment Range

Input Offset Current TA = 25˚C 3.0 30 20 200 20 200 nA

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 70 85 500 300 nA

Average Input Offset 0.5 nA/˚C

Current Drift

Input Bias Current TA = 25˚C 30 80 80 500 80 500 nA

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 0.210 1.5 0.8 µA

Input Resistance TA = 25˚C, VS = ±20V 1.0 6.0 0.3 2.0 0.3 2.0 MΩTAMIN ≤ TA ≤ TAMAX, 0.5 MΩVS = ±20V

Input Voltage Range TA = 25˚C ±12 ±13 V

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX ±12 ±13 V

LM74

1

www.national.com 2

Page 11: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Electrical Characteristics (Note 5) (Continued)

Parameter Conditions LM741A LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Large Signal Voltage Gain TA = 25˚C, RL ≥ 2 kΩVS = ±20V, VO = ±15V 50 V/mV

VS = ±15V, VO = ±10V 50 200 20 200 V/mV

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,

RL ≥ 2 kΩ,

VS = ±20V, VO = ±15V 32 V/mV

VS = ±15V, VO = ±10V 25 15 V/mV

VS = ±5V, VO = ±2V 10 V/mV

Output Voltage Swing VS = ±20V

RL ≥ 10 kΩ ±16 V

RL ≥ 2 kΩ ±15 V

VS = ±15V

RL ≥ 10 kΩ ±12 ±14 ±12 ±14 V

RL ≥ 2 kΩ ±10 ±13 ±10 ±13 V

Output Short Circuit TA = 25˚C 10 25 35 25 25 mA

Current TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 10 40 mA

Common-Mode TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX

Rejection Ratio RS ≤ 10 kΩ, VCM = ±12V 70 90 70 90 dB

RS ≤ 50Ω, VCM = ±12V 80 95 dB

Supply Voltage Rejection TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,

Ratio VS = ±20V to VS = ±5V

RS ≤ 50Ω 86 96 dB

RS ≤ 10 kΩ 77 96 77 96 dB

Transient Response TA = 25˚C, Unity Gain

Rise Time 0.25 0.8 0.3 0.3 µs

Overshoot 6.0 20 5 5 %

Bandwidth (Note 6) TA = 25˚C 0.437 1.5 MHz

Slew Rate TA = 25˚C, Unity Gain 0.3 0.7 0.5 0.5 V/µs

Supply Current TA = 25˚C 1.7 2.8 1.7 2.8 mA

Power Consumption TA = 25˚C

VS = ±20V 80 150 mW

VS = ±15V 50 85 50 85 mW

LM741A VS = ±20V

TA = TAMIN 165 mW

TA = TAMAX 135 mW

LM741 VS = ±15V

TA = TAMIN 60 100 mW

TA = TAMAX 45 75 mW

Note 2: “Absolute Maximum Ratings” indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device isfunctional, but do not guarantee specific performance limits.

LM741

www.national.com3

Page 12: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Electrical Characteristics (Note 5) (Continued)

Note 3: For operation at elevated temperatures, these devices must be derated based on thermal resistance, and Tj max. (listed under “Absolute Maximum Rat-ings”). Tj = TA + (θjA PD).

Thermal Resistance Cerdip (J) DIP (N) HO8 (H) SO-8 (M)

θjA (Junction to Ambient) 100˚C/W 100˚C/W 170˚C/W 195˚C/W

θjC (Junction to Case) N/A N/A 25˚C/W N/A

Note 4: For supply voltages less than ±15V, the absolute maximum input voltage is equal to the supply voltage.

Note 5: Unless otherwise specified, these specifications apply for VS = ±15V, −55˚C ≤ TA ≤ +125˚C (LM741/LM741A). For the LM741C/LM741E, these specifica-tions are limited to 0˚C ≤ TA ≤ +70˚C.

Note 6: Calculated value from: BW (MHz) = 0.35/Rise Time(µs).

Note 7: For military specifications see RETS741X for LM741 and RETS741AX for LM741A.

Note 8: Human body model, 1.5 kΩ in series with 100 pF.

Schematic Diagram

DS009341-1

LM74

1

www.national.com 4

Page 13: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted

Metal Can Package (H)Order Number LM741H, LM741H/883, LM741AH/883, LM741AH-MIL or LM741CH

NS Package Number H08C

Ceramic Dual-In-Line Package (J)Order Number LM741J/883NS Package Number J08A

LM741

www.national.com5

Page 14: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)

Dual-In-Line Package (N)Order Number LM741CN

NS Package Number N08E

10-Lead Ceramic Flatpak (W)Order Number LM741W/883, LM741WG-MPR or LM741WG/883

NS Package Number W10A

LM74

1

www.national.com 6

Page 15: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Notes

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERALCOUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices orsystems which, (a) are intended for surgical implantinto the body, or (b) support or sustain life, andwhose failure to perform when properly used inaccordance with instructions for use provided in thelabeling, can be reasonably expected to result in asignificant injury to the user.

2. A critical component is any component of a lifesupport device or system whose failure to performcan be reasonably expected to cause the failure ofthe life support device or system, or to affect itssafety or effectiveness.

National SemiconductorCorporationAmericasTel: 1-800-272-9959Fax: 1-800-737-7018Email: [email protected]

National SemiconductorEurope

Fax: +49 (0) 180-530 85 86Email: [email protected]

Deutsch Tel: +49 (0) 69 9508 6208English Tel: +44 (0) 870 24 0 2171Français Tel: +33 (0) 1 41 91 8790

National SemiconductorAsia Pacific CustomerResponse GroupTel: 65-2544466Fax: 65-2504466Email: [email protected]

National SemiconductorJapan Ltd.Tel: 81-3-5639-7560Fax: 81-3-5639-7507

www.national.com

LM741

OperationalA

mplifier

National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.

Page 16: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

TL/H/5655

LF411

Low

Offs

et,

Low

Drift

JFET

InputO

pera

tionalA

mplifie

r

February 1995

LF411 Low Offset, Low DriftJFET Input Operational Amplifier

General DescriptionThese devices are low cost, high speed, JFET input opera-

tional amplifiers with very low input offset voltage and guar-

anteed input offset voltage drift. They require low supply

current yet maintain a large gain bandwidth product and fast

slew rate. In addition, well matched high voltage JFET input

devices provide very low input bias and offset currents. The

LF411 is pin compatible with the standard LM741 allowing

designers to immediately upgrade the overall performance

of existing designs.

These amplifiers may be used in applications such as high

speed integrators, fast D/A converters, sample and hold

circuits and many other circuits requiring low input offset

voltage and drift, low input bias current, high input imped-

ance, high slew rate and wide bandwidth.

FeaturesY Internally trimmed offset voltage 0.5 mV(max)Y Input offset voltage drift 10 mV/§C(max)Y Low input bias current 50 pAY Low input noise current 0.01 pA/0HzY Wide gain bandwidth 3 MHz(min)Y High slew rate 10V/ms(min)Y Low supply current 1.8 mAY High input impedance 1012XY Low total harmonic distortion AVe10, k0.02%

RLe10k, VOe20 Vp-p, BWe20 Hzb20 kHzY Low 1/f noise corner 50 HzY Fast settling time to 0.01% 2 ms

Typical Connection

TL/H/5655–1

Ordering Information

LF411XYZ

X indicates electrical grade

Y indicates temperature range

‘‘M’’ for military

‘‘C’’ for commercial

Z indicates package type

‘‘H’’ or ‘‘N’’

Connection Diagrams

Metal Can Package

TL/H/5655–5

Top View

Note: Pin 4 connected to case.

Order Number LF411ACH

or LF411MH/883*See NS Package Number H08A

Simplified Schematic

TL/H/5655–6

BI-FET IITM is a trademark of National Semiconductor Corporation.

Dual-In-Line Package

TL/H/5655–7

Top View

Order Number LF411ACN,

LF411CN or LF411MJ/883*See NS Package Number

N08E or J08A

*Available per JM38510/11904

C1995 National Semiconductor Corporation RRD-B30M115/Printed in U. S. A.

Page 17: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Absolute Maximum RatingsIf Military/Aerospace specified devices are required,

please contact the National Semiconductor Sales

Office/Distributors for availability and specifications.

(Note 8)

LF411A LF411

Supply Voltage g22V g18V

Differential Input Voltage g38V g30V

Input Voltage Range

(Note 1) g19V g15V

Output Short Circuit

Duration Continuous Continuous

H Package N Package

Power Dissipation

(Notes 2 and 9) 670 mW 670 mW

Tjmax 150§C 115§CijA 162§C/W (Still Air) 120§C/W

65§C/W (400 LF/min

Air Flow)

ijC 20§C/W

Operating Temp.

Range (Note 3) (Note 3)

Storage Temp.

Range b65§CsTAs150§C b65§CsTAs150§CLead Temp.

(Soldering, 10 sec.) 260§C 260§CESD Tolerance Rating to be determined.

DC Electrical Characteristics (Note 4)

Symbol Parameter ConditionsLF411A LF411

UnitsMin Typ Max Min Typ Max

VOS Input Offset Voltage RSe10 kX, TAe25§C 0.3 0.5 0.8 2.0 mV

DVOS/DT Average TC of Input RSe10 kX (Note 5)7 10 7

20mV/§C

Offset Voltage (Note 5)

IOS Input Offset Current VSeg15V Tje25§C 25 100 25 100 pA

(Notes 4, 6)Tje70§C 2 2 nA

Tje125§C 25 25 nA

IB Input Bias Current VSeg15V Tje25§C 50 200 50 200 pA

(Notes 4, 6)Tje70§C 4 4 nA

Tje125§C 50 50 nA

RIN Input Resistance Tje25§C 1012 1012 X

AVOL Large Signal Voltage VSeg15V, VOeg10V,50 200 25 200 V/mV

Gain RLe2k, TAe25§C

Over Temperature 25 200 15 200 V/mV

VO Output Voltage Swing VSeg15V, RLe10k g12 g13.5 g12 g13.5 V

VCM Input Common-Mode g16 a19.5 g11 a14.5 V

Voltage Rangeb16.5 b11.5 V

CMRR Common-Mode RSs10k80 100 70 100 dB

Rejection Ratio

PSRR Supply Voltage (Note 7)80 100 70 100 dB

Rejection Ratio

IS Supply Current 1.8 2.8 1.8 3.4 mA

AC Electrical Characteristics (Note 4)

Symbol Parameter ConditionsLF411A LF411

UnitsMin Typ Max Min Typ Max

SR Slew Rate VSeg15V, TAe25§C 10 15 8 15 V/ms

GBW Gain-Bandwidth Product VSeg15V, TAe25§C 3 4 2.7 4 MHz

en Equivalent Input Noise Voltage TAe25§C, RSe100X,25 25 nV/S0Hz

fe1 kHz

in Equivalent Input Noise Current TAe25§C, fe1 kHz 0.01 0.01 pA/S0Hz

2

Page 18: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Note 1: Unless otherwise specified the absolute maximum negative input voltage is equal to the negative power supply voltage.

Note 2: For operating at elevated temperature, these devices must be derated based on a thermal resistance of ijA.

Note 3: These devices are available in both the commercial temperature range 0§CsTAs70§C and the military temperature range b55§CsTAs125§C. The

temperature range is designated by the position just before the package type in the device number. A ‘‘C’’ indicates the commercial temperature range and an ‘‘M’’

indicates the military temperature range. The military temperature range is available in ‘‘H’’ package only.

Note 4: Unless otherwise specified, the specifications apply over the full temperature range and for VSeg20V for the LF411A and for VSeg15V for the LF411.

VOS, IB, and IOS are measured at VCMe0.

Note 5: The LF411A is 100% tested to this specification. The LF411 is sample tested to insure at least 90% of the units meet this specification.

Note 6: The input bias currents are junction leakage currents which approximately double for every 10§C increase in the junction temperature, Tj. Due to limited

production test time, the input bias currents measured are correlated to junction temperature. In normal operation the junction temperature rises above the ambient

temperature as a result of internal power dissipation, PD. TjeTAaijA PD where ijA is the thermal resistance from junction to ambient. Use of a heat sink is

recommended if input bias current is to be kept to a minimum.

Note 7: Supply voltage rejection ratio is measured for both supply magnitudes increasing or decreasing simultaneously in accordance with common practice, from

g15V to g5V for the LF411 and from g20V to g5V for the LF411A.

Note 8: RETS 411X for LF411MH and LF411MJ military specifications.

Note 9: Max. Power Dissipation is defined by the package characteristics. Operating the part near the Max. Power Dissipation may cause the part to operate

outside guaranteed limits.

Typical Performance Characteristics

Input Bias Current Input Bias Current Supply Current

Positive Common-Mode

Input Voltage Limit

Negative Common-Mode

Input Voltage Limit Positive Current Limit

Negative Current Limit Output Voltage Swing Output Voltage Swing

TL/H/5655–2

3

Page 19: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Typical Performance Characteristics (Continued)

Gain Bandwidth Bode Plot Slew Rate

Distortion vs Frequency

Undistorted Output

Voltage Swing

Open Loop Frequency

Response

Common-Mode Rejection

Ratio

Power Supply

Rejection Ratio

Equivalent Input Noise

Voltage

Open Loop Voltage Gain Output Impedance Inverter Settling Time

TL/H/5655–3

4

Page 20: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Pulse Response RLe2 kX, CL10 pF

Small Signal Inverting Small Signal Non-Inverting

Large Signal Inverting Large Signal Non-Inverting

Current Limit (RLe100X)

TL/H/5655–4

Application HintsThe LF411 series of internally trimmed JFET input op amps

(BI-FET IITM) provide very low input offset voltage and guar-

anteed input offset voltage drift. These JFETs have large

reverse breakdown voltages from gate to source and drain

eliminating the need for clamps across the inputs. There-

fore, large differential input voltages can easily be accom-

modated without a large increase in input current. The maxi-

mum differential input voltage is independent of the supply

voltages. However, neither of the input voltages should be

allowed to exceed the negative supply as this will cause

large currents to flow which can result in a destroyed unit.

Exceeding the negative common-mode limit on either input

will force the output to a high state, potentially causing a

reversal of phase to the output. Exceeding the negative

common-mode limit on both inputs will force the amplifier

output to a high state. In neither case does a latch occur

since raising the input back within the common-mode range

again puts the input stage and thus the amplifier in a normal

operating mode.

Exceeding the positive common-mode limit on a single input

will not change the phase of the output; however, if both

inputs exceed the limit, the output of the amplifier may be

forced to a high state.

5

Page 21: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Application Hints (Continued)

The amplifier will operate with a common-mode input volt-

age equal to the positive supply; however, the gain band-

width and slew rate may be decreased in this condition.

When the negative common-mode voltage swings to within

3V of the negative supply, an increase in input offset voltage

may occur.

The LF411 is biased by a zener reference which allows nor-

mal circuit operation on g4.5V power supplies. Supply volt-

ages less than these may result in lower gain bandwidth and

slew rate.

The LF411 will drive a 2 kX load resistance to g10V over

the full temperature range. If the amplifier is forced to drive

heavier load currents, however, an increase in input offset

voltage may occur on the negative voltage swing and finally

reach an active current limit on both positive and negative

swings.

Precautions should be taken to ensure that the power sup-

ply for the integrated circuit never becomes reversed in po-

larity or that the unit is not inadvertently installed backwards

in a socket as an unlimited current surge through the result-

ing forward diode within the IC could cause fusing of the

internal conductors and result in a destroyed unit.

As with most amplifiers, care should be taken with lead

dress, component placement and supply decoupling in or-

der to ensure stability. For example, resistors from the out-

put to an input should be placed with the body close to the

input to minimize ‘‘pick-up’’ and maximize the frequency of

the feedback pole by minimizing the capacitance from the

input to ground.

A feedback pole is created when the feedback around any

amplifier is resistive. The parallel resistance and capaci-

tance from the input of the device (usually the inverting in-

put) to AC ground set the frequency of the pole. In many

instances the frequency of this pole is much greater than

the expected 3 dB frequency of the closed loop gain and

consequently there is negligible effect on stability margin.

However, if the feedback pole is less than approximately 6

times the expected 3 dB frequency, a lead capacitor should

be placed from the output to the input of the op amp. The

value of the added capacitor should be such that the RC

time constant of this capacitor and the resistance it parallels

is greater than or equal to the original feedback pole time

constant.

Typical ApplicationsHigh Speed Current Booster

PNPe2N2905

NPNe2N2219 unless noted

TO-5 heat sinks for Q6-Q7 TL/H/5655–9

6

Page 22: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Typical Applications (Continued)

10-Bit Linear DAC with No VOS Adjust

VOUT e bVREF #A1

2a

A2

4a

A3

8a ***

A10

1024 Jb10V s VREF s 10V

0 s VOUT s b

1023

1024VREF

where ANe1 if the AN digital input is high

ANe0 if the AN digital input is low

Single Supply Analog Switch with Buffered Output

Detailed Schematic

TL/H/5655–10

7

Page 23: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

8

Page 24: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

Physical Dimensions inches (millimeters)

Metal Can Package (H)

Order Number LF411MH/883 or LF411ACH

NS Package Number H08A

Ceramic Dual-In-Line Package (J)

Order Number LF411MJ/883

NS Package Number J08A

9

Page 25: เอกสารประกอบการสอน วิชา 222210 การ ...te.kmutnb.ac.th/~msn/222210lecture01.pdfเอกสารประกอบการสอน

LF411

Low

Off

set,

Low

Drift

JFET

InputO

pera

tionalA

mplifier

Physical Dimensions inches (millimeters) (Continued)

Molded Dual-In-Line Package (N)

Order Number LF411ACN or LF411CN

NS Package Number N08E

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT

DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONAL

SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or 2. A critical component is any component of a life

systems which, (a) are intended for surgical implant support device or system whose failure to perform can

into the body, or (b) support or sustain life, and whose be reasonably expected to cause the failure of the life

failure to perform, when properly used in accordance support device or system, or to affect its safety or

with instructions for use provided in the labeling, can effectiveness.

be reasonably expected to result in a significant injury

to the user.

National Semiconductor National Semiconductor National Semiconductor National SemiconductorCorporation Europe Hong Kong Ltd. Japan Ltd.1111 West Bardin Road Fax: (a49) 0-180-530 85 86 13th Floor, Straight Block, Tel: 81-043-299-2309Arlington, TX 76017 Email: cnjwge@ tevm2.nsc.com Ocean Centre, 5 Canton Rd. Fax: 81-043-299-2408Tel: 1(800) 272-9959 Deutsch Tel: (a49) 0-180-530 85 85 Tsimshatsui, KowloonFax: 1(800) 737-7018 English Tel: (a49) 0-180-532 78 32 Hong Kong

Fran3ais Tel: (a49) 0-180-532 93 58 Tel: (852) 2737-1600Italiano Tel: (a49) 0-180-534 16 80 Fax: (852) 2736-9960

National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.