LM311 電圧コンパレータ徹底ガイド:ピン配列・特徴・等価品・応用回路例まで完全網羅
差動コンパレータは、2つの電流/電圧を比較し、大きい方をデジタル信号として出力する電子デバイスです。高利得差動増幅段を持ち、ADC等のアナログ信号デジタル化・測定デバイスで広く用いられます。代表格がオペアンプ電圧コンパレータ「LM311」。本記事ではピン配列、特徴、応用、回路例、互換品を解説します。
LM311とは
LM311は低コスト電圧コンパレータで、漏水検知、照明制御等の比較回路に広く採用。主に8ピンパッケージ(PDIP/SOIC/TSSOP等)で提供されます。
LM311 ピン配列(8ピン)
| ピン | 名称 | 機能 |
|---|---|---|
| 1 | Emit Out | 出力トランジスタのエミッタ端子 |
| 2 | IN+ | 非反転入力(比較対象の可変電圧入力) |
| 3 | IN- | 反転入力(基準電圧入力) |
| 4 | VCC- (GND) | グランド接続、負電源印加も可 |
| 5 | Balance | DCオフセット電圧打ち消し用。低入力バイアス/オフセット電流対応 |
| 6 | Strobe / Balance | 出力ステージ無効化(ストローブ入力) |
| 7 | Col Out | 出力トランジスタのコレクタ端子 |
| 8 | VCC+ | オペアンプ動作電源(最大+15V) |
LM311 IC 特徴・技術仕様
- 幅広い電源範囲:デュアル±2.5V〜±15V、シングル5V〜30V
- 入出力をシステムグランドから分離可能
- 低消費電力設計でMOS/TTL負荷駆動可能
- 最大駆動能力:50mA / 50V
- ストローブ機能、オフセットバランス機能搭載
- シングル電源で2オペアンプ信頼動作可能
- パッケージ:8ピンPDIP、SOIC、SO、TSSOP
- VCC+ピン最大電流:7.5mA
LM311 互換・代替品
完全互換:NTE922、LT111A
代替コンパレータ/オペアンプ:LM324、LM339、LM211、OP07、LM111、LM358、LM741 ※ピン配列・電気的特性が異なるため、データシート確認の上で置換要。
LM311 コンパレータ オペアンプの用途
出力トランジスタをパッケージに内蔵し、エミッタ/コレクタをハードウェア制御可能な点が他コンパレータとの大きな差別化要因。MOS/RTL/TTL負荷を50mA/50Vまで駆動可能、負荷をシステムグランドから分離可能。
LM311 IC 活用回路例
LM311を用いた温度センサ(熱感知)回路
回路動作:
- LM311をコンパレータモードで使用
- 10kΩ NTCサーミスタ(負温度係数)を熱センサとして採用
- 20kΩ可変抵抗で検知温度レベル設定
- LEDをLM311出力表示用に接続
- サーミスタ周囲温度が設定値到達で抵抗値低下、LM311出力反転しLED点灯
LM311 照度制御回路(光センサスイッチ)
回路動作:
- 電圧コンパレータIC:LM311
- R4、R3で非反転入力に6V基準電圧生成
- 暗所ではフォトレジスタ抵抗値が数MΩに上昇、反転入力電位上昇→コンパレータ出力Low→Q1オフ→リレー非動作
- 明所ではフォトレジスタ約5〜10kΩに低下、反転入力電位低下→出力High→Q1オン→リレー駆動
- R1調整で照度閾値設定可能
LM311 主な応用分野
- 発振回路
- オートメーションプロジェクト
- 電源回路
- 電気機器(洗濯機等)
- 高電圧保護/警告回路
- ピーク電圧検出
- スイッチングパワーアンプ
- フリーランニングマルチバイブレータ
- ゼロクロス検出
- モータ、ランプ、リレー駆動(50mA以下)
- 電圧比較回路全般
まとめ
LM311は、電圧比較を必要とする論理演算用途に適した高速差動コンパレータです。本記事で特徴と応用例を紹介しました。詳細・ご質問はお気軽にお問い合わせください。
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