TL081

TL081 Wide Bandwidth JFET Input Operational Amplifier

Literature Number: SNOSBW6A

TL/H/8358

TL081

Wide

Bandwidth

JFET

Input

Operational

Amplifier

December 1995

TL081 Wide Bandwidth JFET
Input Operational Amplifier

General Description

The TL081 is a low cost high speed JFET input operational
amplifier with an internally trimmed input offset voltage
(BI-FET II

TM

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 TL081 is pin compatible with the standard
LM741 and uses the same offset voltage adjustment circuit-
ry. This feature allows designers to immediately upgrade the
overall performance of existing LM741 designs.

The TL081 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 devices 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 TL081C is the better
choice.

Features

Y

Internally trimmed offset voltage

15 mV

Y

Low input bias current

50 pA

Y

Low input noise voltage

25 nV/

0

Hz

Y

Low input noise current

0.01 pA/

0

Hz

Y

Wide gain bandwidth

4 MHz

Y

High slew rate

13 V/ms

Y

Low supply current

1.8 mA

Y

High input impedance

10

12

X

Y

Low total harmonic distortion A

V

e

10,

k

0.02%

R

L

e

10k, V

O

e

20 Vp-p,

BW

e

20 Hz

b

20 kHz

Y

Low 1/f noise corner

50 Hz

Y

Fast settling time to 0.01%

2 ms

Typical Connection

TL/H/8358 - 1

Connection Diagram

Simplified Schematic

TL/H/8358 - 2

Dual-In-Line Package

TL/H/8358 - 4

Order Number TL081CP

See NS Package Number N08E

BI-FET II

TM

is a trademark of National Semiconductor Corp.

C1995 National Semiconductor Corporation

RRD-B30M125/Printed in U. S. A.

Obsolete

Absolute Maximum Ratings

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

Supply Voltage

g

18V

Power Dissipation (Notes 1 and 6)

670 mW

Operating Temperature Range

0

§

C to

a

70

§

C

T

j(MAX)

115

§

C

Differential Input Voltage

g

30V

Input Voltage Range (Note 2)

g

15V

Output Short Circuit Duration

Continuous

Storage Temperature Range

b

65

§

C to

a

150

§

C

Lead Temp. (Soldering, 10 seconds)

260

§

C

i

jA

120

§

C/W

ESD rating to be determined.

DC Electrical Characteristics

(Note 3)

Symbol

Parameter

Conditions

TL081C

Units

Min

Typ

Max

V

OS

Input Offset Voltage

R

S

e

10 kX, T

A

e

25

§

C

5

15

mV

Over Temperature

20

mV

D

V

OS

/DT

Average TC of Input Offset

R

S

e

10 kX

10

m

V/

§

C

Voltage

I

OS

Input Offset Current

T

j

e

25

§

C, (Notes 3, 4)

25

100

pA

T

j

s

70

§

C

4

nA

I

B

Input Bias Current

T

j

e

25

§

C, (Notes 3, 4)

50

200

pA

T

j

s

70

§

C

8

nA

R

IN

Input Resistance

T

j

e

25

§

C

10

12

X

A

VOL

Large Signal Voltage Gain

V

S

e

g

15V, T

A

e

25

§

C

25

100

V/mV

V

O

e

g

10V, R

L

e

2 kX

Over Temperature

15

V/mV

V

O

Output Voltage Swing

V

S

e

g

15V, R

L

e

10 kX

g

12

g

13.5

V

V

CM

Input Common-Mode Voltage

V

S

e

g

15V

g

11

a

15

V

Range

b

12

V

CMRR

Common-Mode Rejection Ratio

R

S

s

10 kX

70

100

dB

PSRR

Supply Voltage Rejection Ratio

(Note 5)

70

100

dB

I

S

Supply Current

1.8

2.8

mA

AC Electrical Characteristics

(Note 3)

Symbol

Parameter

Conditions

TL081C

Units

Min

Typ

Max

SR

Slew Rate

V

S

e

g

15V, T

A

e

25

§

C

13

V/ms

GBW

Gain Bandwidth Product

V

S

e

g

15V, T

A

e

25

§

C

4

MHz

e

n

Equivalent Input Noise Voltage

T

A

e

25

§

C, R

S

e

100X,

25

nV/

0

Hz

f

e

1000 Hz

i

n

Equivalent Input Noise Current

T

j

e

25

§

C, f

e

1000 Hz

0.01

pA/

0

Hz

Note 1:

For operating at elevated temperature, the device must be derated based on a thermal resistance of 120

§

C/W junction to ambient for N package.

Note 2:

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

Note 3:

These specifications apply for V

S

e g

15V and 0

§

C

s

T

A

s a

70

§

C. V

OS

, I

B

and I

OS

are measured at V

CM

e

0.

Note 4:

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

e

T

A

a

i

jA

P

D

where i

jA

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

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

Note 5:

Supply voltage rejection ratio is measured for both supply magnitudes increasing or decreasing simultaneously in accordance with common practice from

V

S

e g

5V to

g

15V.

Note 6:

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.

2

Obsolete

Typical Performance Characteristics

Input Bias Current

Input Bias Current

Supply Current

TL/H/8358 - 5

Positive Common-Mode Input
Voltage Limit

Negative Common-Mode Input
Voltage Limit

Positive Current Limit

Negative Current Limit

Voltage Swing

Output Voltage Swing

Gain Bandwidth

Bode Plot

Slew Rate

3

Obsolete

Typical Performance Characteristics

(Continued)

Distortion vs Frequency

Undistorted Output Voltage
Swing

Open Loop Frequency
Response

Common-Mode Rejection
Ratio

Power Supply Rejection
Ratio

Equivalent Input Noise
Voltage

Open Loop Voltage Gain (V/V)

Output Impedance

Inverter Settling Time

TL/H/8358 - 6

4

Obsolete

Pulse Response

Small Signal Inverting

TL/H/8358 - 7

Small Signal Non-Inverting

TL/H/8358 - 13

Large Signal Inverting

TL/H/8358 - 14

Large Signal Non-Inverting

TL/H/8358 - 15

Current Limit (R

L

e

100X)

TL/H/8358 - 16

Application Hints

The TL081 is an op amp with an internally trimmed input
offset 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 de-
stroyed unit.

Exceeding the negative common-mode limit on either input
will force the output to a high state, potentially causing a
reversal 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

5

Obsolete

Application Hints

(Continued)

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
inputs exceed the limit, the output of the amplifier will be
forced to a high state.

The amplifier will operate with a common-mode input volt-
age equal to the positive supply; however, the gain band-
width 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 occur.

The TL081 is biased by a zener reference which allows nor-
mal circuit operation on

g

4V power supplies. Supply volt-

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

The TL081 will drive a 2 kX load resistance to

g

10V over

the full temperature range of 0

§

C to

a

70

§

C. If the amplifier

is forced to drive heavier load currents, however, an in-
crease in input offset voltage may occur on the negative
voltage swing and finally reach an active current limit on
both positive and negative swings.

Precautions should be taken to ensure that the power sup-
ply for the integrated circuit never becomes reversed in po-
larity 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.

Because these amplifiers are JFET rather than MOSFET
input op amps they do not require special handling.

As with most amplifiers, care should be taken with lead
dress, component placement and supply decoupling in or-
der to ensure stability. For example, resistors from the out-
put to an input should be placed with the body close to the
input to minimize †˜†˜pick-up’’ and maximize the frequency of
the feedback 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 capaci-
tance from the input of the device (usually the inverting in-
put) 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 feedback pole is less than approximately 6
times the expected 3 dB frequency a lead capacitor should
be placed from the output to the input of the op amp. The
value of the added capacitor should be such that the RC
time constant of this capacitor and the resistance it parallels
is greater than or equal to the original feedback pole time
constant.

Detailed Schematic

TL/H/8358 - 8

6

Obsolete

Typical Applications

Supply Current Indicator/Limiter

TL/H/8358 - 9

#

V

OUT

switches high when R

S

I

S

l

V

D

Hi-Z

IN

Inverting Amplifier

TL/H/8358 - 10

Parasitic input capacitance C1 j (3 pF for TL081 plus any additional
layout capacitance) interacts with feedback elements and creates un-
desirable high frequency pole. To compensate, add C2 such that:
R2C2 j R1C1.

Ultra-Low (or High) Duty Cycle Pulse

Generator

TL/H/8358 - 11

#

t

OUTPUT HIGH

&

R1C fin

4.8

b

2V

S

4.8

b

V

S

#

t

OUTPUT LOW

&

R2C fin

2V

S

b

7.8

V

S

b

7.8

where V

S

e

V

a

a

l

V

b

l

*low leakage capacitor

Long Time Integrator

TL/H/8358 - 12

* Low leakage capacitor

#

50k pot used for less sensitive V

OS

adjust

7

Obsolete

TL081

Wide

Bandwidth

JFET

Input

Operational

Amplifier

Physical Dimensions

inches (millimeters)

Molded Dual-In-Line Package (N)

Order Number TL081CP

NS Package Number N08E

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT
DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONAL
SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or

2. A critical component is any component of a life

systems which, (a) are intended for surgical implant

support device or system whose failure to perform can

into the body, or (b) support or sustain life, and whose

be reasonably expected to cause the failure of the life

failure to perform, when properly used in accordance

support device or system, or to affect its safety or

with instructions for use provided in the labeling, can

effectiveness.

be reasonably expected to result in a significant injury
to the user.

National Semiconductor

National Semiconductor

National Semiconductor

National Semiconductor

Corporation

Europe

Hong Kong Ltd.

Japan Ltd.

1111 West Bardin Road

Fax: (a49) 0-180-530 85 86

13th Floor, Straight Block,

Tel: 81-043-299-2309

Arlington, TX 76017

Email: cnjwge

@

tevm2.nsc.com

Ocean Centre, 5 Canton Rd.

Fax: 81-043-299-2408

Tel: 1(800) 272-9959

Deutsch Tel: (a49) 0-180-530 85 85

Tsimshatsui, Kowloon

Fax: 1(800) 737-7018

English

Tel: (a49) 0-180-532 78 32

Hong Kong

Fran

3ais Tel: (a49) 0-180-532 93 58

Tel: (852) 2737-1600

Italiano

Tel: (a49) 0-180-534 16 80

Fax: (852) 2736-9960

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.

Obsolete

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