LM1458 Dual-Operationsverstärker Datenblatt & Schaltbeispiele

Der LM1458 Dual-Operationsverstärker ist ein universeller Operationsverstärker IC, der für grundlegende analoge Signalverarbeitung konzipiert ist. Er enthält zwei unabhängige Operationsverstärker in einem Gehäuse, sodass er zwei Verstärkerstufen oder zwei unterschiedliche Signal-Funktionen im selben Schaltkreis verarbeiten kann. Da er typische Dual-Versorgungsbetriebe wie ±9 V, ±12 V oder ±15 V unterstützt, ist er immer noch praktisch für ältere analoge Schaltungen, Bildungsprojekte und Niederfrequenz-Designs. Dieser Artikel erklärt die Spezifikationen, die Pinbelegung, die innere Struktur, Alternativen, Schaltungsanwendungen und mehr des LM1458.

Katalog

Merkmale und Spezifikationen des LM1458

Parameter	Symbol	Typischer / Nennwert	Einheit
Versorgungsspannung	VCC	±18 max	V
Empfohlene Betriebsspannung	VCC / VEE	±15 typisch	V
Eingangsdifferenzspannung	VI(DIFF)	30 max	V
Eingangsspannung	VI	±15 max	V
Betriebstemperaturbereich	TOPR	0 bis +70	°C
Lagertemperaturbereich	TSTG	-65 bis +150	°C
Eingangsoffsetspannung	VIO	2 typisch, 6 bis 7.5 max	mV
Eingangsoffsetstrom	IIO	20 typisch, 200 bis 300 max	nA
Eingangs-Bias-Strom	IBIAS	80 typisch, 500 bis 800 max	nA
Große Signalspannungsverstärkung	GV	20 typisch / 15 min	V/mV
Eingangsspannungsbereich	VI(R)	±12 typisch, ±13 max	V
Eingangsimpedanz	RI	0.3 typisch bis 1.0 max	MΩ
Gleichtaktunterdrückungsverhältnis	CMRR	70 bis 90	dB
Versorgungsunterdrückungsverhältnis	PSRR	77 bis 90	dB
Versorgungstrom	ICC	2.3 typisch, 8 max	mA
Ausgangsspannungsschwingung	VO(P-P)	±12 typisch, ±14 max	V
Ausgangskurzschlussstrom	ISC	20 typisch	mA
Leistungsaufnahme	PC	70 typisch, 170 bis 240 max	mW
Anstiegzeit	TR	0.3 typisch	µs
Überschwingen	OS	15 typisch	%
Slew Rate	SR	0.5 typisch	V/µs

LM1458 Pinbelegungsdetails

Pin-Nummer	Pin-Name	Funktion	Beschreibung
1	OUT1	Ausgang 1	Ausgangsanschluss des ersten Operationsverstärkers.
2	IN1 −	Invertierender Eingang 1	Negativer Eingang des ersten Operationsverstärkers. Das Ausgangssignal wird invertiert, wenn das Eingangssignal hier angelegt wird.
3	IN1 +	NichtInvertierender Eingang 1	Positiver Eingang des ersten Operationsverstärkers. Das Ausgangssignal behält die gleiche Phase, wenn das Eingangssignal hier angelegt wird.
4	VEE	Negative Versorgungsspannung	Verbunden mit der negativen Stromversorgung in Dualversorgungsschaltungen, wie -12 V oder -15 V. In einigen Einzelversorgungsschaltungen kann dieser Pin mit Masse verbunden sein.
5	IN2 +	NichtInvertierender Eingang 2	Positiver Eingang des zweiten Operationsverstärkers.
6	IN2 −	Invertierender Eingang 2	Negativer Eingang des zweiten Operationsverstärkers.
7	OUT2	Ausgang 2	Ausgangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers.
8	VCC	Positive Versorgungsspannung	Verbunden mit der positiven Stromversorgung, wie +12 V oder +15 V.

Interne Struktur und Funktionsweise

Der LM1458 enthält zwei unabhängige Operationsverstärker in einem IC-Gehäuse. Jeder Operationsverstärker hat seine eigenen Ein- und Ausgänge, aber beide Verstärker teilen sich die gleichen Versorgungspins: VCC für die positive Versorgung und VEE für die negative Versorgung. Dieses Dual-Operationsverstärker-Design ermöglicht es, dass ein LM1458-IC zwei analoge Signalverarbeitungsfunktionen im selben Schaltkreis ausführen kann, wie Verstärkung, Puffern, Filtern oder Signal-Mischen.

Innerhalb jedes Verstärkers beginnt die Eingangs-stufe mit einem differentiellen Transistorpaar. Diese Stufe vergleicht die Spannung am nicht-invertierenden Eingang (+) und am invertierenden Eingang (−). Wenn die Spannung am nicht-invertierenden Eingang höher ist, neigt der Ausgang dazu, sich in positiver Richtung zu bewegen. Wenn die Spannung am invertierenden Eingang höher ist, neigt der Ausgang dazu, sich in negativer Richtung zu bewegen. Dies ist das grundlegende Funktionsprinzip eines Operationsverstärkers.

Nach der Eingangs-stufe durchläuft das Signal interne Verstärkungs-stufen. Diese Transistorstufen erhöhen den kleinen Spannungsunterschied zwischen den beiden Eingängen zu einem viel größeren Ausgangssignal. Der LM1458 verfügt außerdem über eine interne Frequenzkompensation, die hilft, dass der Verstärker in vielen Standard-Rückkopplungsschaltungen stabil bleibt, ohne zusätzliche externe Kompensationsbauteile zu benötigen.

Die Ausgangsstufe liefert das endgültige Ausgangssignal und ermöglicht es dem Operationsverstärker, die angeschlossene Last innerhalb seiner zulässigen Grenzen zu treiben. Der LM1458 umfasst außerdem einen Kurzschlussschutz, der hilft, den Ausgang zu schützen, falls er versehentlich kurzgeschlossen wird. Er sollte jedoch nicht über seine maximalen Spannungs-, Strom- und Leistungsbewertungen hinaus verwendet werden.

Einfach ausgedrückt arbeitet der LM1458, indem er den Spannungsunterschied zwischen seinen beiden Eingangspins wahrnimmt, diesen Unterschied intern amplifiziert und eine kontrollierte Ausgangsspannung erzeugt. Mit externen Widerständen und Kondensatoren kann er als invertierender Verstärker, nicht-invertierender Verstärker, Spannungsfolger, aktiver Filter, Integrator oder Summierverstärker konfiguriert werden. Seine interne Struktur macht ihn nützlich für grundlegende analoge Schaltungen, aber er ist nicht ideal für Hochgeschwindigkeits-, Niederspannungs-, Rail-to-Rail- oder Präzisionsanwendungen.

Äquivalente und alternative Bauteile

Teilenummer	Typ	Eingangstyp	Versorgungs-spannungsbereich	Hauptunterschied zum LM1458
MC1458	Dual-Op-Amp	Bipolar	Ähnlich wie LM1458	Sehr nahes Äquivalent mit ähnlicher Funktion und Pinbelegung
RC4558	Dual-Op-Amp	Bipolar	Ähnlicher Dualversorgungsbereich	Besser bekannt für Audio- und allgemeine Signalübertragungen
LM358	Dual-Op-Amp	Bipolar	Einzel- oder Dualversorgung	Funktioniert besser in Einzelversorgungs-Schaltungen als der LM1458
LM2904	Dual-Op-Amp	Bipolar	Einzel- oder Dualversorgung	Ähnlich wie LM358 aber häufig für industrielle/automotive Temperaturbereiche verwendet
TL072	Dual-Op-Amp	JFET	Üblicherweise duale Versorgung	Höhere Eingangs-impedanz und geringerer Eingangs-Bias-Strom als LM1458
TL082	Dual-Op-Amp	JFET	In der Regel doppelte Versorgung	Schnellere und höhere Eingangsimpedanz, aber nicht ideal für sehr niedrigspannung Versorgungen
NE5532	Dual-Op-Amp	Bipolar	In der Regel doppelte Versorgung	Geringeres Rauschen und bessere Audioleistung als LM1458
LM833	Dual-Op-Amp	Bipolar	In der Regel doppelte Versorgung	Entwickelt für rauscharmen Audioanwendungen
MCP6002	Dual-Op-Amp	CMOS	Niederspannungs-Doppelspeisung	Rail-to-Rail, Niedrigstrom, moderne Alternative
OPA2134	Dual-Op-Amp	FET	In der Regel doppelte Versorgung	Hochleistungs-Audio-Op-Amp
LM741	Einzelner Op-Amp	Bipolar	In der Regel doppelte Versorgung	Kein direkter Ersatz für den Dual-Op-Amp, da er nur einen Op-Amp hat

Häufige LM1458 Schaltanwendungen

LM1458 Funktionsgenerator Schaltkreis

Der LM1458 wird als grundlegender Funktionsgenerator verwendet. Er erzeugt drei gebräuchliche Wellenform-Ausgänge: Rechteckwelle, Dreieckswelle und Sinuswelle. Der Schaltkreis verwendet die beiden internen Op-Amps des LM1458 zusammen mit Widerständen und Kondensatoren, um das Signal Schritt für Schritt zu formen. Die Versorgung verwendet sowohl +9 V als auch -9 V, was es dem Ausgangssignal ermöglicht, über und unter Null zu schwingen.

In diesem Schaltkreis funktioniert ein Op-Amp-Abschnitt als Oszillator oder Schaltstufe, um die Rechteckwelle zu erzeugen. Die Rechteckwelle läuft dann durch einen Integrationsabschnitt, wo der Kondensator in kontrollierter Weise lädt und entlädt. Dadurch wird die scharfe Rechteckwelle in eine sanftere Dreieckswelle umgewandelt. Danach formt das Widerstands-Kondensator-Netzwerk die Dreieckswelle weiter in eine rundere Sinuswelle. Dies zeigt, wie der LM1458 nicht nur für die Verstärkung, sondern auch zur Erzeugung von Wellenformen und Signalformung verwendet werden kann.

Diese Anwendung ist nützlich zum Testen von Audiokreisen, Filtern, Verstärkern und grundlegenden analogen Systemen. Da der LM1458 jedoch eine begrenzte Slew-Rate und Bandbreite hat, ist dieser Typ von Schaltkreis besser für Signale mit niedrigen Frequenzen geeignet. Er ist nicht für die Erzeugung von hochfrequenten Wellenformen geeignet, bei denen ein schnellerer Op-Amp oder ein spezieller Funktionsgenerator-IC besser abschneidet.

LM1458 Relaissteuerungsschaltkreis

Der LM1458 wird in einem sensorbasierten Relaissteuerungsschaltkreis verwendet. Die Spule mit der Bezeichnung L1 fungiert als Sensorelement. Der LM1458 vergleicht die Spannung von der Sensorkspule mit einer Referenzspannung, die von den Widerständen eingestellt wird. Wenn das Eingangssignal das erforderliche Niveau erreicht, ändert sich der Ausgang des LM1458 und steuert den Transistor.

Der Transistor, dargestellt als 2N3053, fungiert als Relaistreiber, da der LM1458 nicht genügend Strom liefern kann, um die Relaiswicklung zu aktivieren. Wenn der Op-Amp-Ausgang den Transistor einschaltet, fließt Strom durch die Relaiswicklung und das Relais schaltet um. Die Diode über der Relaiswicklung schützt den Transistor und den IC vor Spannungsspitzen, die beim Abschalten des Relais erzeugt werden.

Dieser Schaltkreis zeigt, wie der LM1458 als Signaldetektor und Steuerverstärker verwendet werden kann. Er liest ein kleines Eingangssignal, vergleicht es mit einem festgelegten Schwellenwert und steuert eine größere Last über einen Transistor. In der praktischen Anwendung kann dieser Typ von Schaltkreis für magnetische Sensierung, Objektverkennung, Alarmsysteme oder automatisches Schalten angepasst werden. Wichtig ist, dass der LM1458 die Signalentscheidung trifft, während der Transistor den höheren Strom behandelt, der vom Relais benötigt wird.

LM1458 Audioverstärkerschaltkreis

Der LM1458 wird in einem kleinen Audioverstärkerschaltkreis verwendet. Das Eingangssignal stammt von einem 8-Ohm-Lautsprecher oder einer mikrofonähnlichen Quelle und wird über ein Kondensator- und Widerstandsnetzwerk in den LM1458 gekoppelt. Der LM1458 verstärkt das kleine Audiosignal und sendet es an die Transistorstufe.

Der Transistor 2N3053 wird als Ausgangstreiber verwendet, da ein LM1458 allein einen 8-Ohm-Lautsprecher nicht mit genügend Strom antreiben kann. Der Op-Amp liefert Spannungsverstärkung, während der Transistor Stromverstärkung bietet. Diese Kombination ermöglicht es dem Schaltkreis, den Ausgangslautsprecher effektiver anzutreiben als der Op-Amp allein. Die Kondensatoren im Schaltkreis helfen, Gleichstrom zu blockieren, den Arbeitspunkt zu stabilisieren und das Audiosignal durchzulassen.

Dieser Schaltkreis ist nützlich für einfache Audioexperimente, kleine Signalverstärkung, Gegensprechanlagen und um zu lernen, wie Operationsverstärker und Transistoren zusammenarbeiten. Er ist jedoch kein hochwertiger Audioverstärker. Der LM1458 hat im Vergleich zu modernen Audio-Operationsverstärkern eine begrenzte Slew-Rate, Rauschverhalten und Ausgangstreiber. Für eine bessere Klangqualität sind Bauteile wie NE5532, LM833 oder TL072 in der Regel bessere Wahl.

Wann sollten Sie den LM1458 verwenden oder nicht verwenden

Verwenden Sie den LM1458, wenn

Sie den LM1458 verwenden können, wenn Ihr Schaltkreis einen einfachen und kostengünstigen dualen Operationsverstärker für grundlegende analoge Arbeiten benötigt. Er ist geeignet für Niedrigfrequenzanwendungen wie Signalverstärkung, aktive Filter, Summierverstärker, Integratoren, Spannungsfolger und einfache Wellenformformungsschaltungen. Da er zwei Operationsverstärker in einem Gehäuse hat, ist er nützlich, wenn Sie zwei Verstärkerstufen benötigen und dabei Platz auf der Platine sparen möchten.

Der LM1458 ist auch eine gute Wahl zum Lernen, Testen und Reparieren älterer Schaltungen. Viele klassische analoge Schaltungen wurden um duale Versorgungsoperationsverstärker herum entworfen, sodass der LM1458 auch gut in Systemen mit Versorgungsspannungen wie ±9 V, ±12 V oder ±15 V funktionieren kann. Er ist praktisch, wenn die Schaltung keine sehr hohe Geschwindigkeit, sehr niedriges Rauschen, rail-to-rail-Ausgang oder Präzisionsgenauigkeit erfordert.

Sie können den LM1458 auch verwenden, wenn Kosten und Verfügbarkeit wichtiger sind als fortschrittliche Leistung. Für einfache Steuerungsschaltungen, Audioexperimente, allgemeine Signalaufbereitung und Bildungsprojekte kann der LM1458 weiterhin ordnungsgemäß funktionieren, wenn die Versorgungsspannung, der Eingangsbereich, der Laststrom und die Frequenzgrenzen eingehalten werden.

Verwenden Sie den LM1458 nicht, wenn

Verwenden Sie den LM1458 nicht, wenn Ihre Schaltung einen Betrieb bei niedriger Spannung erfordert, insbesondere bei modernen 3.3 V oder 5 V Mikrocontrollersystemen. Der LM1458 ist kein rail-to-rail Operationsverstärker, sodass sein Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich die Versorgungsspannungen nicht erreichen kann. Dadurch können in Niedervolt-Einzelversorgungsschaltungen abgeschnittene, schwache oder falsche Ausgangssignale entstehen.

Sie sollten den LM1458 auch in Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenzanwendungen vermeiden. Seine typische Slew-Rate liegt nur bei etwa 0,5 V/µs, weshalb er sich nicht ideal für schnelle Signalverarbeitung, Hochfrequenzwellenformerzeugung, schnelles ADC-Treiben oder Schaltanwendungen eignet, die eine schnelle Reaktion erfordern. Ein schnellerer Operationsverstärker ist eine bessere Wahl für diese Designs.

Der LM1458 ist auch nicht die beste Wahl für Präzisionssensor-Schaltungen, batteriebetriebene Geräte und hochqualitative Audio-Designs. Seine Eingangsversatzspannung, der Eingangs-Biasstrom, das Rauschverhalten und der Stromverbrauch sind nicht so gut wie bei vielen modernen Operationsverstärkern. Für präzise Messungen, stromsparende Systeme, rauscharmes Audio oder hochimpedante Sensoren sind neuere Alternativen wie MCP6002, TL072, NE5532, LM358 oder präzise CMOS-Operationsverstärker in der Regel besser geeignet.

Anwendungen in der realen Welt

• Aktive Filter

• Audio-Vorverstärker

• Signalaufbereitungsschaltungen

• Spannungsfolger

• Invertierende Verstärker

• Nicht-invertierende Verstärker

• Summierverstärker

• Integrationsschaltungen

• Differenzverstärker usw.

Mechanische Abmessungen

Fazit

Der LM1458 bleibt ein nützlicher dualer Operationsverstärker für einfache und niederfrequente analoge Schaltungen. Seine Hauptstärken sind seine Struktur aus zwei Operationsverstärkern, die interne Frequenzkompensation, der Kurzschlussschutz, die breite Unterstützung der Versorgungsspannung und die einfache Verwendung in grundlegenden Verstärker- und Filterdesigns. Er kann eine gute Wahl sein, um Elektronik zu lernen, ältere Schaltungen zu reparieren, einfache Signalaufbereitungsstufen zu bauen und grundlegende Funktionsgenerator-, Relaissteuerungs- oder Audioverstärkerschaltungen zu erstellen. Der LM1458 hat jedoch auch klare Grenzen. Seine Slew-Rate, Eingangsversatz, Eingangs-Biasstrom, Ausgangstreiber und das Verhalten, das nicht rail-to-rail ist, machen ihn weniger geeignet für moderne 3.3 V oder 5 V Systeme, Präzisionssensoren, batteriebetriebene Geräte, Hochgeschwindigkeitssignale und hochqualitative Audioanwendungen. Für diese Bedürfnisse sind neuere Operationsverstärker wie LM358, TL072, NE5532, MCP6002 oder andere moderne CMOS- und Audio-Operationsverstärker möglicherweise bessere Optionen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Warum wird der LM1458 immer noch verwendet, wenn neuere Operationsverstärker eine bessere Leistung haben?

Der LM1458 wird weiterhin verwendet, weil er einfach, kostengünstig, leicht zu finden und für viele grundlegende analoge Schaltungen geeignet ist. Er funktioniert gut in Niedrigfrequenzanwendungen wie Signalverstärkung, aktive Filter, Integratoren und Bildungsschaltungen. Er ist jedoch nicht die beste Wahl, wenn die Schaltung niedrige Spannung, hohe Geschwindigkeit, niedrige Geräusche oder rail-to-rail-Betrieb benötigt.

2. Kann der LM1458 in modernen 3.3 V oder 5 V Schaltungen verwendet werden?

Der LM1458 ist im Allgemeinen nicht ideal für 3,3 V oder 5 V Systeme. Er ist kein Rail-to-Rail-Op-Amp, sodass sein Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich die Versorgungsspannungen nicht erreichen kann. In Niederspannungsschaltungen kann dies zu Signalverzerrungen, schwachem Ausgang oder falschem Betrieb führen. Für 3,3 V oder 5 V Schaltungen sind moderne CMOS- oder Rail-to-Rail-Op-Amps in der Regel die bessere Wahl.

3. Was unterscheidet den LM1458 von einem einzelnen Op-Amp wie dem LM741?

Der Hauptunterschied ist, dass der LM1458 zwei operationsverstärker in einem Gehäuse enthält, während der LM741 nur einen enthält. Dies macht den LM1458 nützlicher, wenn eine Schaltung zwei Verstärkerstufen benötigt, wie z.B. einen Filter plus Pufferschaltung oder einen Vorverstärker plus Signalanpassungsstufe.

4. Ist der LM1458 für Audio-Schaltungen geeignet?

Der LM1458 kann in einfachen Audio-Experimenten, kleinen Vorverstärkern und grundlegenden Klangregelungsschaltungen verwendet werden. Er ist jedoch nicht die beste Wahl für hochwertige Audioanwendungen, da seine Slew-Rate, Geräuschleistung und Ausgangstreiber begrenzt sind. Für eine bessere Audioleistung sind Operationsverstärker wie NE5532, LM833 oder TL072 in der Regel die bessere Wahl.

5. Warum benötigt der LM1458 normalerweise externe Widerstände und Kondensatoren?

Der LM1458 benötigt externe Komponenten, da der IC selbst nur die grundlegende Op-Amp-Funktion bietet. Widerstände setzen die Verstärkung, Rückkopplung und Referenzspannung, während Kondensatoren das Filtern, Timing, Koppeln und Wellenformformen steuern. Durch Änderungen dieser externen Komponenten kann der gleiche LM1458 als Verstärker, Filter, Oszillator, Integrator oder Signalschalter fungieren.

6. Kann der LM1458 direkt ein Relais oder einen Lautsprecher ansteuern?

Nein, der LM1458 sollte keine schweren Lasten wie Relais oder Lautsprecher direkt ansteuern. Der Ausgangsstrom ist begrenzt, sodass eine Transistortreiberstufe erforderlich ist. In Relais- und Lautsprecherschaltungen übernimmt der LM1458 die Signalsteuerung, während der Transistor den höheren Strom bereitstellt, der von der Last benötigt wird.