LM311 Komparator: Pinout, Specs, Schaltungen & Alternativen

Differenzielle Komparatoren vergleichen zwei Spannungen/Ströme und geben ein digitales Signal (High/Low) aus. Sie bestehen im Kern aus einem hochverstärkenden Differenzverstärker. Ein klassisches Beispiel ist der LM311 (Texas Instruments / ST / OnSemi) – ein Spannungskomparator mit Open-Collector-Ausgang und separatem Emitter-Anschluss für flexible Lastansteuerung. Dieser Artikel deckt Pinout, Datenblatt-Werte, Ersatzteile, Beispielschaltungen und Anwendungen ab.

Was ist der LM311?

Der LM311 ist ein kostengünstiger Single-Supply / Dual-Supply Spannungskomparator im 8-Pin-Gehäuse (PDIP, SOIC, TSSOP). Er wird häufig in Vergleichsschaltungen eingesetzt: Wasserleckage-Erkennung, Lichtschranken, Nullpunktdetektoren, Oszillatoren, PWM-Generierung. Sein Alleinstellungsmerkmal: Der Ausgang ist ein offener Kollektor (Open Collector) mit separatem Emitter-Pin – ermöglicht Lastschaltung gegen beliebige Spannung (bis 50 V) und Pegelanpassung.

Pinbelegung (DIP-8 / SOIC-8)

Pin	Name	Funktion
1	EMIT OUT	Emitter-Ausgang des Ausgangstransistors (Last-Rückführung)
2	IN+	Nicht-invertierender Eingang (Referenzspannung)
3	IN–	Invertierender Eingang (Messspannung)
4	VCC– / GND	Negative Versorgung / Masse (kann negativ sein bei Dual Supply)
5	BALANCE	Offset-Nullabgleich (mit Potentiometer zu Pin 6)
6	BALANCE / STROBE	Offset-Nullabgleich / Strobe (Ausgang sperren, High=Aus)
7	COL OUT	Kollektor-Ausgang (Open Collector, Last gegen VCC+)
8	VCC+	Positive Versorgung (bis +15 V Single, ±15 V Dual)

Technische Kenndaten (Auszug)

• Versorgungsspannung: Single 5–30 V / Dual ±2,5–±15 V
• Eingangs-Offsetspannung: typ. 0,7 mV, max. 7,5 mV
• Eingangs-Biasstrom: typ. 60 nA, max. 250 nA
• Eingangs-Offsetstrom: typ. 10 nA, max. 50 nA
• Antwortzeit: 200 ns (bei 5 mV Overdrive)
• Ausgangs-Sinkstrom: max. 50 mA (Kollektor)
• Ausgangsspannung (Open Collector): max. 50 V (Kollektor-Emitter)
• Stromaufnahme (VCC+): max. 7,5 mA
• Strobe-Funktion: High an Pin 6 → Ausgang High-Z (deaktiviert)
• Balance/Offset-Nullabgleich: 10 kΩ Poti zwischen Pin 5 & 6
• Gehäuse: 8-Pin PDIP, SOIC, SO, TSSOP

LM311 Äquivalente / Ersatzteile

Direkte Pin-kompatible Ersatzteile:

• NTE922 (NTE Electronics)
• LT111A (Linear Technology / ADI – verbesserte Specs)

Funktionale Alternativen (andere Pinout, ggf. Anpassung nötig):

• LM339 (Quad-Komparator, Open Collector, Single Supply, sehr beliebt)
• LM393 (Dual-Komparator, Open Collector)
• LM211 (Industrial Temp Range, sonst wie LM311)
• LM111 (Military Temp Range)
• OP07 (Präzisions-OpAmp, als Komparator nutzbar, aber langsamer)
• LM358 / LM741 (OpAmps – nicht als Komparator empfohlen: langsamer, Phasenumkehr, kein Open Collector)

Einsatzbereiche des LM311

Der LM311 glänzt dort, wo:

• Lasten bis 50 mA / 50 V geschaltet werden (Relais, Lampen, Motoren, Optokoppler)
• Last vom System-Ground getrennt werden soll (Emitter separat geführt)
• Single-Supply-Betrieb (5–30 V) mit Ground-Referenz-Eingang nötig ist
• Strobe-Funktion (Ausgang sperren) benötigt wird

Beispielschaltungen

1. Temperatursensor (Hitzewächter) mit NTC

Funktionsweise:

• LM311 als Komparator (IN+ = Referenz, IN– = NTC-Spannungsteiler)
• NTC (10 kΩ @ 25 °C, NTC) als Temperatursensor
• 20 kΩ Potentiometer setzt Auslösetemperatur (Referenz an IN+)
• LED an Kollektor (Pin 7) mit Vorwiderstand, Emitter (Pin 1) an GND
• Temperatur steigt → NTC-Widerstand fällt → Spannung an IN– fällt → IN+ > IN– → Ausgang zieht Low → LED an

2. Lichtschranke / Helligkeitsschalter (LDR)

Funktionsweise:

• Spannungsteiler R3/R4 (z. B. 10 kΩ / 10 kΩ) legt 6 V Referenz an IN+ (bei 12 V VCC)
• LDR (Fotowiderstand) + R1 bilden Teiler an IN–
• Dunkel: LDR > MΩ → IN– ≈ VCC → IN– > IN+ → Ausgang High-Z (Relais aus)
• Hell: LDR ≈ 5–10 kΩ → IN– < IN+ → Ausgang Low → Treibertransistor (Q1) schaltet Relais
• R1 (Potentiometer) justiert Schwelle (Auslösehelligkeit)

Typische Anwendungen

• Oszillatoren (Rechteckgenerator, PWM)
• Automatisierung (Endlagen, Füllstand, Türkontakt)
• Netzteile (Überspannungsschutz, Power-Good)
• Haushaltsgeräte (Waschmaschine, Trockner – Türverriegelung, Wasserstand)
• Hochspannungs-Überwachung / Warnung
• Spitzenwert-Detektor (Peak Detector)
• Schaltnetzteil-Treiber (Push-Pull, Half-Bridge)
• Freilaufender Multivibrator
• Nulldurchgangsdetektor (Zero Crossing Detector) für Triac-Ansteuerung
• Ansteuerung: Motoren, Lampen, Relais, Solenoids (≤ 50 mA, ≤ 50 V)
• Spannungsvergleichsschaltungen allgemein

Fazit

Der LM311 ist ein vielseitiger, robuster Komparator mit Open-Collector-Ausgang und separatem Emitter – ideal für Lastschaltung bis 50 V / 50 mA und galvanische Entkopplung. Trotz Alter (1970er) weiterhin Standard in Industrie & Education. Für neue Designs oft LM393 (Dual) oder LM339 (Quad) bevorzugt (niedrigere Offset, Single Supply). Bei Fragen zu Schaltung oder Ersatzteil: Gerne melden!