LM311线性比较器：工作原理、技术规格及多种应用电路详解

LM311是一种具有高灵活性的线性比较器 ，可在很宽的电源电压范围内工作，包括运算放大器的±15V电源和逻辑系统的5V电源。与普通运算放大器的操作一样，LM311成为一个真正的通用比较器。它的输入可以与系统分离，输出可以驱动以地或Vcc为参考的负载，或以Vee电源为参考。它可以灵活地驱动DTL、RTL或TTLMOS逻辑。当电流达到50mv时，其输出也可以将电压切换到50V，因此LM311可用于驱动继电器、灯或螺线管。

LM311 的特点是响应时间快、步进能力强。它设计为采用单个 5V 电源供电，最大输入偏置电流为 300 nA，最大输入失调电流为 70 nA。它可用于 Q-Temp 汽车，包括高可靠性汽车应用、配置控制/打印支持等。

LM311 可用于电压比较器电路、过零检测器、峰值电压检测器、高压保护/警告、振荡电路、驱动继电器、灯或电机。

技术规格

引脚数：8

工作温度范围：0°C至+70°C

封装类型：SOIC

比较器数量：1

最大电源电压：36V

电源电压最低：5V

表面贴装器件：表面贴装

输入失调电压最大值：7.5mV

原理示意图

如何使用

（a）表示输出电压与输入电压关系的特性曲线。（b）是（a）中比较器的传输特性。

（b）当Ui＜U _R时，运算放大器 输出高电平，稳压 管Dz工作于反向稳压，输出端电位被钳位在稳压管稳定电压UZ上，即uO=UZ。

当ui>UR时，运放输出低电平，DZ处于正向导电，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即uo=-UD。

因此，以UR为界，当输入电压Ui变化时，输出端就体现出两种状态——高电位、低电位。  

LM311使用地点

LM311应用电路（1）：LM311电压比较器简单电路

滑动压敏电阻分压，最大阻值可选择

为了制作零交叉比较器，引脚3可以直接接地

不要省略输出端的上拉电阻和引脚 1 接地

LM311的7脚为输出，为开集电极结构，即所谓开集电极门，简称OC门，其作用是为了满足一些特殊需要，比如驱动LED、灯、继电器，以及与下面的数字电路在电平上兼容等。

因此当应该输出高电平的时候，它得不到高电平，需要在7脚和正电源8脚之间接一个1kΩ的电阻，使得集电极不再开路。

LM311应用电路（2）：LM311N构成的晶体振荡器

它可以使用 5.0 至 30 伏的单电源或 15 伏的独立电源工作。与普通运算放大器一样，LM311 成为真正的通用比较器。该器件的输入可以与系统地隔离，输出可以驱动以地或 VCC 为参考的负载，或以 Vee 电源为参考的负载。这种灵活性使其能够驱动 DTL、RTL、TTL 或 MOS 逻辑。当电流达到 50 mA 时，输出还可以将电压切换为 50 伏。因此 LM311 可用于驱动继电器、灯或螺线管。

（1）失调电压平衡（图1）。调整平衡时，将两输入端接地，调节5kQ电位器，使输出为最小电压值（接近0V）。

（2）单电源供电（图2）。此时V和EE连接到GND。在图1和图2中，负载电阻R连接在VCC和Output之间。

（3）R连接在引脚1和地之间（图3）。根据图3，输入极性是反转的（即引脚3用作同相端）。

（4）R连接在1脚与Vg之间（图4）。按照图4中的连接方法，输入极性要反接。

（5）正负电源R的一般连接方法（图5）。

（6）选通比较器连接（图6）。将一个晶体管连接到引脚6，用于选通连接。当晶体管的基极连接到TTL高电平时，比较器选通（正常工作）；当基极连接到低电平时，比较器不工作。

LM311应用电路（3）：灯光控制器电路图

本电路采用电压比较器集成电路LM311构成。IC1同相输入端的电阻R3、R4给出6V的基准电压。由于光敏电阻在黑暗中阻值可达几兆欧，所以反相输入端电位为高，比较器为低，Q1不导通，继电器不吸合。反之，由于光照时光敏电阻阻值在5-10K，所以反相输入端电位为低，比较器输出为高，Q1导通，继电器吸合。若将LM311输入端+-互换，情况刚好与上述相反。调节R1可设定光照多少启动控制继电器。

LM311应用电路（四）：LM311构成的TTL逻辑电平接口电路

该电路能把非标准输入信号改变成符合规则逻辑电平要求的脉宽信号，即高电平为5V，低电平为0V。

用户指南

LM311是一种常用的线性比较器，在比较、虚部电路中应用十分广泛。但LM311在应用中常常会出现意想不到的问题，即输出的脉冲信号并不像理论分析的那样理想，而是在输出脉冲的前后沿附近出现高频振荡。M311的输入信号Ui的幅值越小、频率越低，高频振荡就越严重。这种含有高频振荡的波形不能直接使用，会给后续电路，如测频等带来误动作。因此，必须引起对这种情况的重视，设法避免或消除高频振荡。下面提出几种避免和克服振荡的有效方法。

1.合理选择元器件

2.增加输入信号的幅度

3.在比较器的输出端添加滤波装置

4. 使用滞后技术