LM311 — быстрый компаратор с универсальным выходом

LM311 — одиночный компаратор с необычным выходом: у выходного транзистора выведены и коллектор, и эмиттер, поэтому он коммутирует нагрузку на землю, плюс или минус питания, вплоть до реле и ламп. Он быстрее LM393, но склонен к самовозбуждению на медленных сигналах. Разбираем по двум даташитам TI.

Обновлено 16 октября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Распиновка
Универсальный выход
Параметры
Строб и балансировка
Самовозбуждение и как его избежать

LM311 — одиночный компаратор напряжения; даташит TI на семейство LM111, LM211, LM311 ведётся с 1973 года. Отличие версий — температурный диапазон: у LM311 по TI 0…70 °C, у LM211 −40…+85 °C, у LM111 −55…+125 °C. Работает от двухполярного питания ±15 В, как ОУ, или от одного источника 5 В, как логика. Как устроен компаратор вообще — в статье «Компаратор».

Распиновка

LM311 в корпусе DIP-8 и SOIC-8, вид сверху

Вывод	Назначение
1	эмиттер выходного транзистора — обычно на общий провод
2, 3	неинвертирующий и инвертирующий входы
4, 8	минус и плюс питания
5, 6	балансировка нуля; вывод 6 — ещё и строб
7	коллектор выходного транзистора — к подтягивающему резистору

Универсальный выход

По TI выход — n-p-n транзистор с открытым коллектором, но у LM311 выведен и его эмиттер. Отсюда гибкость, которой нет у LM393 и LM339:

Эмиттер на землю, коллектор через резистор к плюсу — обычный выход с открытым коллектором для логики. Несколько выходов можно соединить монтажным ИЛИ.
Нагрузка между коллектором и плюсом питания — реле или лампа; TI указывает коммутацию до 50 В и 50 мА.
Эмиттер на минус питания или нагрузка в цепи эмиттера — по TI выход может работать на нагрузку, отнесённую к земле, к плюсу или к минусу питания, а входы и выход можно изолировать от общего провода схемы.

Пределы по даташиту TI: коллектор относительно VCC− — до 40 В у LM311 (50 В у LM111 и LM211), эмиттер относительно VCC− — до 30 В, замыкание выхода на землю — не дольше 10 с. При токе 50 мА выход в нуле — 0,75 В типично и до 1,5 В; при питании 4,5 В и токе 8 мА — 0,23 и до 0,4 В.

Параметры

По даташиту TI при питании ±15 В:

Параметр	LM311
Питание	3,5–30 В между шинами
Диапазон входа	от VCC− + 0,5 В до VCC+ − 1,5 В
Напряжение смещения	2 мВ, до 7,5 мВ
Входной ток	100 нА, до 250 нА
Усиление	200 В/мВ типично
Отклик на перепад 100 мВ с превышением 5 мВ	115 нс вверх, 165 нс вниз
Ток потребления	5,1 мА, до 7,5 мА
Защита от статики	±500 В HBM

Входной каскад по TI построен на p-n-p транзисторах, чтобы различать напряжения у минуса питания. Напряжение на входах не должно превышать ±15 В и напряжение питания. Отклик зависит от превышения сигнала над порогом: TI отмечает, что чем больше превышение, тем быстрее срабатывание, а для точного сравнения оно должно быть больше напряжения смещения.

Строб и балансировка

Выводы 5 и 6 — входы балансировки нуля, к ним подключают подстроечный резистор для компенсации смещения. Вывод 6 — ещё и строб: если вытягивать из него ток 3–5 мА, выход выключается независимо от входов. TI дважды предупреждает, что строб нельзя замыкать на землю — им управляют током, например через транзистор.

Самовозбуждение и как его избежать

Высокое усиление и широкая полоса делают LM311 склонным к генерации. TI в даташите LM311-N посвящает этому отдельный раздел: на быстрых сигналах с низкоомного источника выход стабилен, но на пологом фронте или синусе низкой частоты, а также при сопротивлении источника 1–100 кОм компаратор может возбудиться около точки переключения. Рекомендации TI:

Развязать питание керамическими конденсаторами 0,1 мкФ и развести выход подальше от входов и выводов 5 и 6.
Если выводы балансировки не используются — замкнуть их между собой; если к ним подключён подстроечный резистор — поставить 0,01 мкФ между выводами 5 и 6.
Поставить конденсатор 100–1000 пФ прямо между входами.
Держать резисторы входных цепей вплотную к выводам: при 10 кОм уже 12–13 см провода (5 дюймов) могут вызвать трудноустранимую генерацию.
Сделать под схемой земляной полигон и окружить им дорожки входов.
Ввести гистерезис — небольшую положительную обратную связь с выхода на неинвертирующий вход. TI называет это стандартным приёмом: компаратор — хороший усилитель собственного шума.

Сдвоенные и счетверённые компараторы с открытым коллектором — в карточке LM393 и LM339, другие — в разделе «Компараторы».

Частые вопросы

Какая распиновка у LM311?

По даташиту TI в корпусе DIP-8 и SOIC-8: 1 — эмиттер выходного транзистора, 2 — неинвертирующий вход IN+, 3 — инвертирующий IN−, 4 — минус питания VCC−, 5 — балансировка, 6 — балансировка и строб, 7 — коллектор выходного транзистора, 8 — плюс питания VCC+. В обычной схеме вывод 1 соединяют с общим проводом, а к выводу 7 подключают подтягивающий резистор.

Можно ли питать LM311 от 5 В?

Да: по TI питание — от 3,5 до 30 В между шинами, и даташит прямо называет работу от одного 5-вольтового источника логики. Вход при этом должен оставаться в пределах от VCC− + 0,5 В до VCC+ − 1,5 В, а выход при токе 8 мА опускается до 0,4 В и ниже — его уровни совместимы с ТТЛ и КМОП.

Почему LM311 генерирует на медленном сигнале?

Из-за большого усиления и широкой полосы. TI в даташите LM311-N пишет, что на пологом сигнале или при сопротивлении источника 1–100 кОм компаратор может возбудиться около точки переключения. Помогают развязка питания 0,1 мкФ, разведение выхода и входов, конденсатор 100–1000 пФ между входами, короткие соединения и гистерезис — положительная обратная связь.

Как работает строб у LM311?

Если вытягивать из вывода 6 ток 3–5 мА, выход выключается — транзистор закрывается независимо от входов. TI предупреждает, что вывод строба нельзя замыкать на землю напрямую: им управляют током, например через транзистор. Строб позволяет отключить компаратор на время помехи или опросить его только в нужный момент.

Источники

Texas Instruments. LM111, LM211, LM311 Differential Comparators (SLCS007K, revised March 2017) — разд. 1 и 3 — отклик 165 нс, входной ток до 300 нА, работа от 5 В, коммутация до 50 В и 50 мА, нагрузка на землю, плюс или минус питания, монтажное ИЛИ, строб; разд. 5 — выводы DIP-8: 1 эмиттер выхода, 2 IN+, 3 IN−, 4 VCC−, 5 балансировка, 6 балансировка и строб, 7 коллектор выхода, 8 VCC+; разд. 6.1 — питание до 36 В между шинами, вход ±15 В, но не больше питания, коллектор относительно VCC− до 40 В у LM311 и 50 В у LM111 и LM211, эмиттер до 30 В, замыкание выхода на землю до 10 с; разд. 6.2 — ESD ±500 В HBM; разд. 6.3 — питание 3,5–30 В, вход от VCC− + 0,5 В до VCC+ − 1,5 В, LM311 0…70 °C; разд. 6.6 — смещение LM311 2 и до 7,5 мВ, входной ток 100 и до 250 нА, усиление 200 В/мВ, выход 0,75 и до 1,5 В при 50 мА, 0,23 и до 0,4 В при 8 мА и питании 4,5 В, ток потребления 5,1 и до 7,5 мА; строб током 3–5 мА, вывод не замыкать на землю; разд. 6.7 — отклик 115 и 165 нс; разд. 8.3 — входной каскад на p-n-p для сигналов у VCC−, выход — открытый коллектор n-p-n
Texas Instruments. LM111-N, LM211-N, LM311-N Voltage Comparator (SNOSBJ1E, revised March 2013) — не заземлять вывод строба, выход выключается, когда из него вытекает ток; раздел Oscillations in comparator applications — на медленных сигналах и при сопротивлении источника 1–100 кОм возможна генерация у точки переключения; меры: развязка питания 0,1 мкФ, выход дальше от входов, свободные выводы 5 и 6 замкнуть или поставить 0,01 мкФ, 100–1000 пФ между входами, резисторы у выводов, земляной полигон, гистерезис

Нашли ошибку?