مدارهای رادیویی آماتور برای LM 324. تقویت کننده عملیاتی LM324

سری ریز مدار LM324یک تقویت کننده عملیاتی کم هزینه با ورودی دیفرانسیل مستقیم، جبران بهره واحد درون فرکانس و حفاظت از اتصال کوتاه است.

یک محفظه ریز مدار شامل چهار تقویت کننده عملیاتی مستقل از یکدیگر است. آنها دارای تعدادی مزیت غیرقابل انکار نسبت به تقویت کننده های عملیاتی استاندارد مورد استفاده در مدارهای تک منبع هستند. Op-amp LM324 در طیف وسیعی از ولتاژهای تغذیه به خوبی کار می کند: از 3 ولت تا 32 ولت. ریز مدار در بسته های SOIC و DIP تولید می شود.

اطلاعات فنی تقویت کننده عملیاتی LM324

• ولتاژ تغذیه:
• - تک قطبی: 3...32 ولت.
• - دوقطبی: 1.5...16 ولت.
• بهره ولتاژ DC: 100 دسی بل.
• مصرف جریان خود: 700 µA.
• جریان بایاس ورودی (درجه حرارت جبران شده): 45 nA.
• ولتاژ آفست ورودی: 2 میلی ولت
• محدوده ولتاژ حالت مشترک ورودی شامل زمین است.
• محدوده ولتاژ ورودی دیفرانسیل به ولتاژ تغذیه می رسد.
• ولتاژ خروجی: از 0 تا Upit. – 1.5 ولت

ساختار Op-amp

تخصیص پین LM324

ابعاد تقویت کننده عملیاتی

آنالوگ LM324

در زیر لیستی از آنالوگ های خارجی و داخلی LM324 آمده است:

• ULN4336N
• GL324
• LA6324
• IR3702
• HA17324
• MB3614
• NJM2902D
• SG324N
• TDB0124
• UA324
• TA75902P
• 1401UD2 (معادل داخلی)
• 1435UD2 (معادل داخلی)

نمودار اتصال LM324

تقویت کننده معکوس AC

در این نسخه از تقویت کننده، بهره برابر با: k = - R3/R1 خواهد بود

تقویت کننده AC غیر معکوس

بهره این نوع تقویت کننده با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: k = 1 + R4/R1

تقویت کننده DC غیر معکوس

بهره: k = 1 + R3/R2

آشکارساز پیک در LM324

آشکارسازهای پیک برای ثبت حداکثر مقدار سیگنال در یک دوره زمانی معین استفاده می شود.

مقایسه کننده در LM324 با هیسترزیس

تفاوت در مقادیر ولتاژ ورودی که در آن سوئیچ خروجی (هیسترزیس) از یک حالت به حالت دیگر با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: H = (R1/(R1+R2)) (Voh-Vol)

چند مثال ساده از استفاده از op-amp LM324

نشانگر LED سیگنال صوتی در LM324

سیگنال فرکانس پایین از خروجی تقویت کننده به ورودی های معکوس تمام تقویت کننده های عملیاتی LM324 تغذیه می شود. ورودی های مستقیم آنها به مداری از مقاومت های ثابت R2…R9 متصل می شوند. با استفاده از یک مقاومت متغیر، می توانید حساسیت مورد نیاز نشانگر LED را تنظیم کنید. مقاومت های R12…R19 حداکثر جریان عبوری از LED ها را محدود می کند.

تقویت کننده های عملیاتی کم هزینه با ورودی دیفرانسیل مستقیم، جبران بهره واحد درون فرکانس و حفاظت از اتصال کوتاه هستند.

یک محفظه ریز مدار شامل چهار تقویت کننده عملیاتی مستقل از یکدیگر است. آنها دارای تعدادی مزیت غیرقابل انکار نسبت به تقویت کننده های عملیاتی استاندارد مورد استفاده در مدارهای تک منبع هستند. Op-amp LM324 در طیف وسیعی از ولتاژهای تغذیه به خوبی کار می کند: از 3 ولت تا 32 ولت. ریز مدار در بسته های SOIC و DIP تولید می شود.

اطلاعات فنی تقویت کننده عملیاتی LM324

• ولتاژ تغذیه:
• - تک قطبی: 3…32 V.
• - دوقطبی: 1.5…16 V.
• بهره ولتاژ DC: 100 دسی بل.
• مصرف جریان خود: 700 µA.
• جریان بایاس ورودی (درجه حرارت جبران شده): 45 nA.
• ولتاژ آفست ورودی: 2 میلی ولت
• محدوده ولتاژ حالت مشترک ورودی شامل زمین است.
• محدوده ولتاژ ورودی دیفرانسیل به ولتاژ تغذیه می رسد.
• ولتاژ خروجی: از 0 تا Upit. – 1.5 ولت

ساختار Op-amp

پین انتساب

آنالوگ LM324

لیست آنالوگ های خارجی و داخلی LM324:

• ULN4336N
• GL324
• LA6324
• IR3702
• HA17324
• MB3614
• NJM2902D
• SG324N
• TDB0124
• UA324
• TA75902P
• 1401UD2 (معادل داخلی)
• 1435UD2 (معادل داخلی)

نمودار اتصال LM324

تقویت کننده معکوس AC

در این نسخه از تقویت کننده، بهره برابر با: k = - R3/R1 خواهد بود

تقویت کننده AC غیر معکوس

بهره این نوع تقویت کننده با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: k = 1 + R4/R1

تقویت کننده DC غیر معکوس

بهره: k = 1 + R3/R2

آشکارساز پیک در LM324

آشکارسازهای پیک برای ثبت حداکثر مقدار سیگنال در یک دوره زمانی معین استفاده می شوند

مقایسه کننده در LM324 با هیسترزیس

تفاوت در مقادیر ولتاژ ورودی که در آن خروجی مقایسه کننده از یک حالت به حالت دیگر سوئیچ می شود با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: H = (R1/(R1+R2)) (Voh-Vol)

نمونه هایی از استفاده از تقویت کننده عملیاتی LM324

نشانگر LED سیگنال صوتی در LM324

سیگنال فرکانس پایین از خروجی تقویت کننده به ورودی های معکوس کننده تمام تقویت کننده های عملیاتی LM324 تغذیه می شود. ورودی های مستقیم آنها به یک تقسیم کننده ولتاژ ساخته شده از زنجیره ای از مقاومت های ثابت R2…R9 متصل می شوند. با استفاده از یک مقاومت متغیر، می توانید حساسیت مورد نیاز نشانگر LED را تنظیم کنید. مقاومت های R12…R19 حداکثر جریان عبوری از LED ها را محدود می کند.

فلاشر LED ساده مبتنی بر آپ امپ LM324

مدار به شما این امکان را می دهد که به آرامی LED ها را روشن و خاموش کنید. فلاشر LED بر روی یک تقویت کننده عملیاتی LM324 و دو ترانزیستور با رسانایی متفاوت ساخته شده است. سرعت سوئیچینگ LED ها به مقاومت مقاومت R3 و ظرفیت خازن C1 بستگی دارد.

ریز مدار LM324 از چهار تقویت کننده عملیاتی یکسان (op-amp) تشکیل شده است که در یک بسته مونتاژ شده اند و از یک منبع تغذیه در یک محدوده ولتاژ گسترده کار می کنند. هر opamp شامل یک مرحله دیفرانسیل ورودی، حفاظت از اتصال کوتاه و اصلاح فرکانس داخلی در بهره واحد است.

ویژگی ها و هزینه پایین این دستگاه استفاده گسترده از آن را در مدارهای رادیویی آماتور و الکترونیک صنعتی تضمین می کند. برای استفاده در دستگاه های الکترونیکی فشرده و قابل حمل ایده آل است.

این در بسته بندی های نوع DIP تولید می شود: CDIP پلاستیکی، PDIP سرامیکی یا SO-نوع برای نصب روی سطح: SOIC، TSSOP. از نظر ساختاری، دستگاه دارای 14 پین است. بنابراین، در برخی از توضیحات فنی، نام DIP-14 یا SO-14 یافت می شود.

تخصیص پین ها برای موارد مختلف یکسان است: 2،3، 5،6، 9،10، 13،12 - ورودی، 1،7،8،14 - خروجی، 4 - منبع تغذیه به علاوه، 11 - منبع تغذیه منهای.

مشخصات فنی

• محدوده ولتاژ منبع تغذیه U. (V cc): منبع تک قطبی: +3…30 V، منبع دوقطبی: ±1.5…±15 V (V);
• ولتاژ ورودی دیفرانسیل Udif.(V IDR): 32 V (V);
• مرجع ورودی Uin. (V ICR) از -0.3…32 V (V);
• جریان ورودی ICR (با V ICR منفی) 5 میلی آمپر (mA);
• جریان ورودی ICR (با V ICR مثبت) 0.4 میلی آمپر (mA);

پارامترهای الکتریکی(در منبع U +5 V و T A +25 درجه سانتیگراد):

• ولتاژ بایاس ورودی Ucm (V IO) از 2...7 میلی ولت (mV);
• جریان بایاس ورودی Iin (I IB) از 45 ... 100 nA (nA).
• چرت خروجی بیرون (Vout): از 0… Upit. – 1.5 ولت (V)؛
• بهره (K): 100 دسی بل;
• پهنای باند (f) 1 مگاهرتز;
• مصرف جریان بدون بار I دیگ. (I CC): حداکثر 700 µA (µA)؛
• اختلاف جریان ورودی (جریان شیفت) Isdv. (I IO) از 5...30 nA (nA);
• اتلاف توان P P max (P tod) به نوع محفظه بستگی دارد: PDIP 1130 mV (mW). CDIP 1260 mV (mW); SOIC 800 مگاوات.
• محدوده دمای عملیاتی محیط T A: 0…+70°C;
• دمای ذخیره سازی ذخیره سازی T (T str): -65… +150 درجه سانتی گراد.

پارامترهای lm324 از شرکت های مختلف کمی با یکدیگر متفاوت است، بنابراین هنگام توسعه مدارهای خود، توصیه می شود با اسناد فنی رسمی دستگاه مورد استفاده از یک سازنده خاص آشنا شوید.

ویژگی های خاص

محدوده ولتاژ ورودی دیفرانسیل به ولتاژ تغذیه می رسد. برای lm324، حد پایینی محدوده حالت مشترک ورودی 0.3 ولت کمتر از V - است و نوسان ولتاژ خروجی در زیر با V - محدود می شود. هر دو ورودی و خروجی دارای مقدار حدی 1.5 ولت کمتر از V+ هستند.

فرکانس بهره واحد fi (از 100 کیلوهرتز تا 30 مگاهرتز)، این فرکانسی است که در آن بهره ریز مدار (K) برابر با واحد (0 دسی بل) می شود.

دارای یکسان سازی فرکانس داخلی برای افزایش واحد.

محدوده ولتاژ حالت مشترک ورودی شامل زمین است.

مدت زمان اتصال کوتاه اتصال کوتاه T (Tsc) در خروجی نامحدود است.

شرح کار

عملکرد ریز مدار lm324n بر اساس عملکرد همزمان چهار آپ امپ درون آن است. همه تقویت کننده ها از یک منبع تغذیه تغذیه می شوند، دارای ورودی های معکوس و غیر معکوس و خروجی یکسان هستند. منبع تغذیه می تواند تک قطبی یا دو قطبی باشد.

بیایید مدار داخلی یکی از تقویت کننده های عملیاتی تک منبع را بررسی کنیم. بیایید آن را مستقیماً از دیتاشیت LM324 بگیریم.

از نظر عملکردی، هر تقویت کننده عملیاتی شامل: یک مرحله دیفرانسیل، و همچنین مراحل تقویت میانی و خروجی است.

آبشار دیفرانسیل عملکرد تقویت اختلاف بین ولتاژهای عرضه شده به ورودی (V + و V -) و خنثی کردن سیگنال های حالت مشترک را انجام می دهد. مقاومت ورودی بالایی را ارائه می دهد.

مرحله میانی متعادل سازی opamp (تنظیم ولتاژ خروجی در حالت بسته شدن ورودی ها)، مطابقت با مقاومت های مراحل دیفرانسیل و خروجی، و همچنین اصلاح فرکانس (محافظت در برابر خود تحریکی) را فراهم می کند.

مرحله خروجی امپدانس خروجی کم، نیاز به توان بار، محدودیت جریان و حفاظت از اتصال کوتاه را فراهم می کند.

علامت گذاری

سری LM مبتنی بر مدارهای مجتمع ساخته شده توسط National Semiconductor است. پیشوند LM در ابتدا به معنای یکپارچه خطی (خطی، یکپارچه) بود و برای تعیین تقویت کننده های عمومی (General Purpose) که هیچ الزامات سختی برای آنها وجود نداشت استفاده می شد. اعداد "324" شماره سریال تراشه را نشان می دهد. "-N" در انتهای شماره سریال نشان دهنده دستگاه های خریداری شده توسط Texas Instruments از National Semiconductor است. در سپتامبر 2011، National Semiconductor توسط Texas Instruments تصاحب شد، که پیشوند LM را در محصولات خود تغییر نداد. بنابراین، در حال حاضر علامت LM کد سازنده تگزاس اینسترومنتز است، اما به طور گسترده توسط سایر سازندگان هنگام انتشار آنالوگ های خود از این تراشه استفاده می شود.

ریز مدارهای LM324 و همان با حرف N دارای مشخصات فیزیکی و الکتریکی یکسانی هستند. برای بسیاری از تولید کنندگان، نمادهای "-N" در انتهای علامت نشان دهنده نوع پلاستیکی محفظه ریز مدار - DIP14 است.

همچنین لازم به ذکر است که شرکت های تولیدی به طور مداوم در حال بهبود محصولات خود هستند. در حال حاضر، تغییراتی که در تعدادی از عملکردها برتر هستند ظاهر شده است، به عنوان مثال: LM324K، LM324KA با محافظت داخلی در برابر تخلیه الکتریکی (HBM ESD). میکروپاور LP324 با مصرف جریان 21 میکروآمپر؛ ولتاژ پایین LMV324، با ولتاژ تغذیه از 2.7 ولت تا 5.5 ولت؛ LPV324، تولید شده با استفاده از فناوری BiCMOS و مصرف جریان 9 µA، و غیره. تقویت‌کننده‌هایی با علامت "A" در علامت گذاری، به عنوان مثال "LM324A-N"، ویژگی‌های V IO بهتری نسبت به سایرین دارند (بدون A) .

آنالوگ LM324

لیست آنالوگ های وارداتی LM324: ULN4336N، GL324، LA6324، IR3702، HA17324، MB3614، NJM2902D، SG324N، TDB0124، UA324، TA751402، Russian، TA751402، UA324.

دامنه کاربرد

LM324 با استفاده از مدارهای بازخورد منفی استاندارد بیشترین محبوبیت خود را پیدا کرد. از آن در ساخت دستگاه های چند منظوره مختلف استفاده می شود: یکپارچه سازها، متمایز کننده ها، دمدولاتورها، تقویت کننده های لگاریتمی، جمع کننده ها، دستگاه های جمع و تفریق، تنظیم کننده های دامنه، ژنراتورها و غیره. ظاهر شود، برای مثال:

• مدار سنسور حرکت برای روشنایی؛
• نمودار ترموستات انکوباتور نپتون و غیره

مدار تقویت کننده ساده با استفاده از LM324

بیایید یکی از ساده ترین مدارها را در LM324 با بازخورد منفی (NFB) در نظر بگیریم - یک دنبال کننده ولتاژ. به عنوان یک قاعده، مطالعه یک موضوع در آپ امپ با یک دنبال کننده ولتاژ شروع می شود. به این مدار تقویت کننده ای نیز گفته می شود که بهره ولتاژ آن برابر با واحد است. در حالت ایده آل، این بدان معنی است که op-amp هیچ سیگنالی را تقویت نمی کند و ولتاژ خروجی همان ورودی است. یعنی اگر 5 ولت به ورودی آپ امپ داده شود، 5 ولت در خروجی آن خواهد بود.

اما این عبارت برای یک تقویت کننده عملیاتی ایده آل صادق است و نه برای LM324 که در مقاله مورد بحث قرار گرفت. از آنجایی که این یک ریز مدار مجازی نیست، بلکه یک ریزمدار واقعی است، ویژگی های آن با موارد ایده آل متفاوت است. بیایید به نمودار ولتاژ خروجی در مقابل ولتاژ ورودی برای lm324 نگاه کنیم.

در نمودار، ناحیه "A" تغییر فاز را در خروجی نشان می دهد. این می تواند زمانی اتفاق بیفتد که یک ولتاژ منفی در ورودی ریز مدار ظاهر شود و می تواند منجر به عواقب نامطلوب شود - خرابی آن.

همچنین نمودار نشان می دهد که ولتاژ در خروجی تقویت کننده با افزایش ورودی افزایش می یابد. اما نمی تواند به طور نامحدود رشد کند و توسط ولتاژ تغذیه 5 ولت میکرو مدار و ویژگی های عملکرد آن محدود شده است. بنابراین، ولتاژ در ورودی ها کمی متفاوت است، جریان کمی از آنها عبور می کند، بنابراین ولتاژ خروجی کمی با ولتاژ عرضه شده متفاوت خواهد بود. در نمودار، در ناحیه "C"، می توانید حداکثر ولتاژ خروجی 3.8 ولت را برای مدار تقویت کننده مورد نظر، که از 5 ولت تغذیه می شود، مشاهده کنید.

در عمل، همه جا باید با قطعات الکترونیکی فعالی کار کنید که جریان خروجی نسبتاً ضعیفی دارند. مثلاً مانند میکروفون. اتصال یک عنصر با مقاومت کم به آن باعث کاهش ولتاژ سیگنال خروجی ایجاد شده با کمک آن می شود. در چنین مواقعی می توانید از یک فالوور ولتاژ استفاده کنید که دارای امپدانس ورودی بالا و خروجی کم است و بنابراین سیگنال ارسالی به ورودی را کاهش و یا مختل نمی کند.

یک دنبال کننده ولتاژ بسیار رایج ترین کاربرد معمولی برای این ریزمدار است. بر اساس این op-amp، راه حل های استاندارد دیگری ایجاد شده و همچنان بهبود می یابند که بر اساس آنها دستگاه های الکترونیکی مدرن کار می کنند.

مدار فلاشر LED در lm324

این مدار بسیار ساده است و به شما این امکان را می دهد که روشن و خاموش شدن LED ها را کاملاً روان کنترل کنید. فلاشر از دو ترانزیستور اضافی استفاده می کند. شایان ذکر است که سرعت سوئیچینگ به ظرفیت خازن C1 و مقاومت پایه مقاومت R3 بستگی دارد.

ایمنی عملیاتی

گاهی اوقات، همه کانال های lm324 در یک پروژه استفاده نمی شوند. اگر اینطور است، آنهایی که استفاده نمی شوند باید به گونه ای وصل شوند که روی بقیه تأثیر نگذارند. برای گزینه‌های اتصال کانال‌های بلااستفاده، برگه اطلاعات سازنده را ببینید.

تحت شرایط خاص، قطبیت ولتاژ خروجی ممکن است معکوس شود، که ممکن است به تراشه آسیب برساند. این در مدارهای مقایسه کننده و دنبال کننده ولتاژ معمول است. به منظور جلوگیری از ظاهر شدن ولتاژ منفی (وارونگی فاز) در ورودی، سازندگان توصیه می کنند که یک مقاومت سری به ورودی غیر معکوس مدار اضافه کنید که جریان ورودی را به 1 میلی آمپر یا کمتر محدود می کند. این مقدار جریان ورودی، خطر آسیب دیدن دستگاه را کاهش می دهد.

تمام ورودی های آپ امپ نباید مستقیماً به زمین وصل شوند. همیشه لازم است مقداری مقاومت اضافه کنید تا جریان را به 10 میلی آمپر یا کمتر محدود کنید. همه پایه های ورودی باید دارای یک دیود از ورودی به Gnd باشند. در مدارهای دارای دو منبع تغذیه، پایه Gnd منفی خواهد بود. با این حال، هنگام روشن شدن، خاموش شدن، یا زمانی که یک خطای ولتاژ ناگهانی وجود دارد، ممکن است پین Gnd مثبت شود. اگر این اتفاق بیفتد، جریان زیادی از پین ورودی زمینی عبور می کند که می تواند به تراشه آسیب برساند.

افزودن یک مقاومت سری از 1 کیلو اهم تا 10 کیلو اهم در ورودی می تواند از شکستن آن جلوگیری کند.

تولید کنندگان

در زیر دیتاشیت های سازنده اصلی lm324 آمده است.