LF351

LF351 Wide Bandwidth JFET Input Operational Amplifier

Literature Number: SNOSBH2

LF351
Wide Bandwidth JFET Input Operational Amplifier

General Description

The LF351 is a low cost high speed JFET input operational
amplifier with an internally trimmed input offset voltage
(BI-FET II

™

technology). The device requires a low supply

current and yet maintains a large gain bandwidth product
and a fast slew rate. In addition, well matched high voltage
JFET input devices provide very low input bias and offset
currents. The LF351 is pin compatible with the standard
LM741 and uses the same offset voltage adjustment cir-
cuitry. This feature allows designers to immediately upgrade
the overall performance of existing LM741 designs.

The LF351 may be used in applications such as high speed
integrators, fast D/A converters, sample-and-hold circuits
and many other circuits requiring low input offset voltage,
low input bias current, high input impedance, high slew rate
and wide bandwidth. The device has low noise and offset
voltage drift, but for applications where these requirements

are critical, the LF356 is recommended. If maximum supply
current is important, however, the LF351 is the better choice.

Features

n

Internally trimmed offset voltage:

10 mV

n

Low input bias current:

50 pA

n

Low input noise voltage:

n

Low input noise current:

n

Wide gain bandwidth:

4 MHz

n

High slew rate:

13 V/ µs

n

Low supply current:

1.8 mA

n

High input impedance:

10

12

Ω¦

n

Low total harmonic distortion A

V

=10,:

<

0.02%

R

L

=10k, V

O

=20 Vp-p, BW=20 Hz-20 kHz

n

Low 1/f noise corner:

50 Hz

n

Fast settling time to 0.01%:

2  µs

Typical Connection

Simplified Schematic

BI-FET II

™

is a trademark of National Semiconductor Corporation.

DS005648-11

DS005648-12

April 1998

LF351

W

ide

Bandwidth

JFET

Input

Operational

Amplifier

LF351

© 1998 National Semiconductor Corporation

DS005648

www.national.com

1

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:34 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

1

Connection Diagram

Dual-In-Line Package

DS005648-13

Order Number LF351M or LF351N

See NS Package Number M08A or N08E

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:34 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

2

www.national.com

2

Absolute Maximum Ratings

(Note 1)

If Military/Aerospace specified devices are required,
please contact the National Semiconductor Sales Office/
Distributors for availability and specifications.

Supply Voltage

±

18V

Power Dissipation (Notes 2, 7)

670 mW

Operating Temperature Range

0°C to +70°C

T

j(MAX)

115°C

Differential Input Voltage

±

30V

Input Voltage Range (Note 3)

±

15V

Output Short Circuit Duration

Continuous

Storage Temperature Range

-65°C to +150°C

Lead Temp. (Soldering, 10 sec.)

Metal Can

300°C

DIP

260°C

Θ

jA

N Package

120°C/W

M Package

TBD

Soldering Information

Dual-In-Line Package

Soldering (10 sec.)

260°C

Small Outline Package

Vapor Phase (60 sec.)

215°C

Infrared (15 sec.)

220°C

See AN-450 †œSurface Mounting Methods and Their Effect on
Product Reliability†� for other methods of soldering surface
mount devices.

ESD rating to be determined

DC Electrical Characteristics

(Note 4)

Symbol

Parameter

Conditions

LF351

Units

Min

Typ

Max

V

OS

Input Offset Voltage

R

S

= 10 k

Ω¦

, T

A

= 25°C

5

10

mV

Over Temperature

13

mV

∆

V

OS

/

∆

T

Average TC of Input Offset

R

S

=10 k

Ω¦

10

µV/°C

Voltage

I

OS

Input Offset Current

T

j

= 25°C, (Notes 4, 5)

25

100

pA

T

j

≤

70°C

4

nA

I

B

Input Bias Current

T

j

= 25°C, (Notes 4, 5)

50

200

pA

T

j

≤

±

70°C

8

nA

R

IN

Input Resistance

T

j

=25°C

10

12

Ω¦

A

VOL

Large Signal Voltage Gain

V

S

=

±

15V, T

A

=25°C

25

100

V/mV

V

O

=

±

10V, R

L

=2 k

Ω¦

Over Temperature

15

V/mV

V

O

Output Voltage Swing

V

S

=

±

15V, R

L

=10 k

Ω¦

±

12

±

13.5

V

V

CM

Input Common-Mode Voltage

+15

V

Range

V

S

=

±

15V

±

11

-12

V

CMRR

Common-Mode Rejection Ratio

R

S

≤

10 k

Ω¦

70

100

dB

PSRR

Supply Voltage Rejection Ratio

(Note 6)

70

100

dB

I

S

Supply Current

1.8

3.4

mA

Note 1: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device is func-
tional, but do not guarantee specific performance limits.

Note 2: For operating at elevated temperature, the device must be derated based on the thermal resistance,

Θ

JA

.

Note 3: Unless otherwise specified the absolute maximum negative input voltage is equal to the negative power supply voltage.

Note 4: These specifications apply for V

S

=

±

15V and 0°C

≤

T

A

≤

+70°C. V

OS

, I

B

and I

OS

are measured at V

CM

=0.

Note 5: The input bias currents are junction leakage currents which approximately double for every 10°C increase in the junction temperature, T

j

. Due to the limited

production test time, the input bias currents measured are correlated to junction temperature. In normal operation the junction temperature rises above the ambient
temperature as a result of internal power dissipation, P

D

. T

j

=T

A

+

Θ

jA

P

D

where

Θ

jA

is the thermal resistance from junction to ambient. Use of a heat sink is recom-

mended if input bias current is to be kept to a minimum.

Note 6: Supply voltage rejection ratio is measured for both supply magnitudes increasing or decreasing simultaneously in accordance with common practice. From

±

15V to

±

5V.

Note 7: Max. Power Dissipation is defined by the package characteristics. Operating the part near the Max. Power Dissipation may cause the part to operate outside
guaranteed limits.

3

www.national.com

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:34 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

3

AC Electrical Characteristics

(Note 4)

Symbol

Parameter

Conditions

LF351

Units

Min

Typ

Max

SR

Slew Rate

V

S

=

±

15V, T

A

=25°C

13

V/ µs

GBW

Gain Bandwidth Product

V

S

=

±

15V, T

A

=25°C

4

MHz

e

n

Equivalent Input Noise Voltage

T

A

= 25°C, R

S

=100

Ω¦

,

25

f = 1000 Hz

i

n

Equivalent Input Noise Current

T

j

= 25°C, f=1000 Hz

0.01

Typical Performance Characteristics

Input Bias Current

DS005648-14

Input Bias Current

DS005648-15

Supply Current

DS005648-16

Positive Common-Mode
Input Voltage Limit

DS005648-17

Negative Common-Mode
Input Voltage Limit

DS005648-18

Positive Current Limit

DS005648-19

Negative Current Limit

DS005648-20

Voltage Swing

DS005648-21

Output Voltage Swing

DS005648-22

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:34 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

4

www.national.com

4

Typical Performance Characteristics

(Continued)

Gain Bandwidth

DS005648-23

Bode Plot

DS005648-24

Slew Rate

DS005648-25

Distortion vs Frequency

DS005648-26

Undistorted Output
Voltage Swing

DS005648-27

Open Loop Frequency
Response

DS005648-28

Common-Mode
Rejection Ratio

DS005648-29

Power Supply
Rejection Ratio

DS005648-30

Equivalent Input
Noise Voltage

DS005648-31

5

www.national.com

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:34 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

5

Typical Performance Characteristics

(Continued)

Pulse Response

Open Loop Voltage
Gain (V/V)

DS005648-32

Output Impedance

DS005648-33

Inverter Settling Time

DS005648-34

Small Signal Inverting

DS005648-4

Small Signal Non-Inverting

DS005648-5

Large Signal Inverting

DS005648-6

Large Signal Non-Inverting

DS005648-7

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

6

www.national.com

6

Pulse Response

(Continued)

Application Hints

The LF351 is an op amp with an internally trimmed input off-
set voltage and JFET input devices (BI-FET II

™

). These

JFETs have large reverse breakdown voltages from gate to
source and drain eliminating the need for clamps across the
inputs. Therefore, large differential input voltages can easily
be accommodated without a large increase in input current.
The maximum differential input voltage is independent of the
supply voltages. However, neither of the input voltages
should be allowed to exceed the negative supply as this will
cause large currents to flow which can result in a destroyed
unit.

Exceeding the negative common-mode limit on either input
will force the output to a high state, potentially causing a re-
versal of phase to the output.

Exceeding the negative common-mode limit on both inputs
will force the amplifier output to a high state. In neither case
does a latch occur since raising the input back within the
common-mode range again puts the input stage and thus
the amplifier in a normal operating mode.

Exceeding the positive common-mode limit on a single input
will not change the phase of the output; however, if both in-
puts exceed the limit, the output of the amplifier will be forced
to a high state.

The amplifier will operate with a common-mode input voltage
equal to the positive supply; however, the gain bandwidth
and slew rate may be decreased in this condition. When the
negative common-mode voltage swings to within 3V of the
negative supply, an increase in input offset voltage may oc-
cur.

The LF351 is biased by a zener reference which allows nor-
mal circuit operation on

±

4V power supplies. Supply volt-

ages less than these may result in lower gain bandwidth and
slew rate.

The LF351 will drive a 2 k

Ω¦

load resistance to

±

10V over the

full temperature range of 0°C to +70°C. If the amplifier is
forced to drive heavier load currents, however, an increase
in input offset voltage may occur on the negative voltage
swing and finally reach an active current limit on both posi-
tive and negative swings.

Precautions should be taken to ensure that the power supply
for the integrated circuit never becomes reversed in polarity
or that the unit is not inadvertently installed backwards in a
socket as an unlimited current surge through the resulting
forward diode within the IC could cause fusing of the internal
conductors and result in a destroyed unit.

As with most amplifiers, care should be taken with lead
dress, component placement and supply decoupling in order
to ensure stability. For example, resistors from the output to
an input should be placed with the body close to the input to
minimize †œpick-up†� and maximize the frequency of the feed-
back pole by minimizing the capacitance from the input to
ground.

A feedback pole is created when the feedback around any
amplifier is resistive. The parallel resistance and capacitance
from the input of the device (usually the inverting input) to AC
ground set the frequency of the pole. In many instances the
frequency of this pole is much greater than the expected 3
dB frequency of the closed loop gain and consequently there
is negligible effect on stability margin. However, if the feed-
back pole is less than approximately 6 times the expected 3
dB frequency a lead capacitor should be placed from the out-
put to the input of the op amp. The value of the added ca-
pacitor should be such that the RC time constant of this ca-
pacitor and the resistance it parallels is greater than or equal
to the original feedback pole time constant.

Current Limit (R

L

=100

Ω¦

)

DS005648-8

7

www.national.com

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

7

Detailed Schematic

Typical Applications

DS005648-9

Supply Current Indicator/Limiter

DS005648-40

• V

OUT

switches high when R

S

I

S

>

V

D

Hi-Z

IN

Inverting Amplifier

DS005648-41

Parasitic input capacitance C1

•‰…

(3 pF for LF351 plus any additional layout

capacitance) interacts with feedback elements and creates undesirable
high frequency pole. To compensate, add C2 such that: R2C2

•‰…

R1C1.

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

8

www.national.com

8

Typical Applications

(Continued)

Ultra-Low (or High) Duty Cycle Pulse Generator

DS005648-42

where V

S

= V

+

+ |V

-

|

*low leakage capacitor

Long Time Integrator

DS005648-43

*Low leakage capacitor

• 50k pot used for less sensitive V

OS

adjust

9

www.national.com

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

9

Book
Extract
End

THIS PAGE IS IGNORED IN THE DATABOOK

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

10

10

Physical Dimensions

inches (millimeters) unless otherwise noted

SO Package (M)

Order Number LF351M

NS Package Number M08A

Molded Dual-In-Line Package (N)

Order Number LF351N

NS Package Number N08E

11

www.national.com

11

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

11

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DE-
VICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONAL SEMI-
CONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Life support devices or systems are devices or sys-

tems which, (a) are intended for surgical implant into
the body, or (b) support or sustain life, and whose fail-
ure to perform when properly used in accordance
with instructions for use provided in the labeling, can
be reasonably expected to result in a significant injury
to the user.

2. A critical component in any component of a life support

device or system whose failure to perform can be rea-
sonably expected to cause the failure of the life support
device or system, or to affect its safety or effectiveness.

National Semiconductor
Corporation
Americas
Tel: 1-800-272-9959
Fax: 1-800-737-7018
Email: support@nsc.com

www.national.com

National Semiconductor
Europe

Fax: +49 (0) 1 80-530 85 86

Email: europe.support@nsc.com

Deutsch Tel: +49 (0) 1 80-530 85 85
English

Tel: +49 (0) 1 80-532 78 32

Français Tel: +49 (0) 1 80-532 93 58
Italiano

Tel: +49 (0) 1 80-534 16 80

National Semiconductor
Asia Pacific Customer
Response Group
Tel: 65-2544466
Fax: 65-2504466
Email: sea.support@nsc.com

National Semiconductor
Japan Ltd.
Tel: 81-3-5620-6175
Fax: 81-3-5620-6179

LF351

W

ide

Bandwidth

JFET

Input

Operational

Amplifier

PrintDate=1998/04/07 PrintTime=13:52:35 38265 ds005648 Rev. No. 3

cmserv

Proof

12

National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.

IMPORTANT NOTICE

Texas Instruments Incorporated and its subsidiaries (TI) reserve the right to make corrections, modifications, enhancements, improvements,
and other changes to its products and services at any time and to discontinue any product or service without notice. Customers should
obtain the latest relevant information before placing orders and should verify that such information is current and complete. All products are
sold subject to TI

’

s terms and conditions of sale supplied at the time of order acknowledgment.

TI warrants performance of its hardware products to the specifications applicable at the time of sale in accordance with TI

’

s standard

warranty. Testing and other quality control techniques are used to the extent TI deems necessary to support this warranty. Except where
mandated by government requirements, testing of all parameters of each product is not necessarily performed.

TI assumes no liability for applications assistance or customer product design. Customers are responsible for their products and
applications using TI components. To minimize the risks associated with customer products and applications, customers should provide
adequate design and operating safeguards.

TI does not warrant or represent that any license, either express or implied, is granted under any TI patent right, copyright, mask work right,
or other TI intellectual property right relating to any combination, machine, or process in which TI products or services are used. Information
published by TI regarding third-party products or services does not constitute a license from TI to use such products or services or a
warranty or endorsement thereof. Use of such information may require a license from a third party under the patents or other intellectual
property of the third party, or a license from TI under the patents or other intellectual property of TI.

Reproduction of TI information in TI data books or data sheets is permissible only if reproduction is without alteration and is accompanied
by all associated warranties, conditions, limitations, and notices. Reproduction of this information with alteration is an unfair and deceptive
business practice. TI is not responsible or liable for such altered documentation. Information of third parties may be subject to additional
restrictions.

Resale of TI products or services with statements different from or beyond the parameters stated by TI for that product or service voids all
express and any implied warranties for the associated TI product or service and is an unfair and deceptive business practice. TI is not
responsible or liable for any such statements.

TI products are not authorized for use in safety-critical applications (such as life support) where a failure of the TI product would reasonably
be expected to cause severe personal injury or death, unless officers of the parties have executed an agreement specifically governing
such use. Buyers represent that they have all necessary expertise in the safety and regulatory ramifications of their applications, and
acknowledge and agree that they are solely responsible for all legal, regulatory and safety-related requirements concerning their products
and any use of TI products in such safety-critical applications, notwithstanding any applications-related information or support that may be
provided by TI. Further, Buyers must fully indemnify TI and its representatives against any damages arising out of the use of TI products in
such safety-critical applications.

TI products are neither designed nor intended for use in military/aerospace applications or environments unless the TI products are
specifically designated by TI as military-grade or

"

enhanced plastic.

"

Only products designated by TI as military-grade meet military

specifications. Buyers acknowledge and agree that any such use of TI products which TI has not designated as military-grade is solely at
the Buyer

'

s risk, and that they are solely responsible for compliance with all legal and regulatory requirements in connection with such use.

TI products are neither designed nor intended for use in automotive applications or environments unless the specific TI products are
designated by TI as compliant with ISO/TS 16949 requirements. Buyers acknowledge and agree that, if they use any non-designated
products in automotive applications, TI will not be responsible for any failure to meet such requirements.

Following are URLs where you can obtain information on other Texas Instruments products and application solutions:

Products

Applications

Audio

Communications and Telecom

Amplifiers

Computers and Peripherals

Data Converters

Consumer Electronics

DLP

®

Products

Energy and Lighting

DSP

Industrial

Clocks and Timers

Medical

Interface

Security

Logic

Space, Avionics and Defense

Power Mgmt

Transportation and Automotive

Microcontrollers

Video and Imaging

RFID

OMAP Mobile Processors

Wireless Connectivity

TI E2E Community Home Page

Mailing Address: Texas Instruments, Post Office Box 655303, Dallas, Texas 75265

Copyright

©

2011, Texas Instruments Incorporated