Operační zesilovače - typy, označení, skříně zesilovačů

Trocha historie

Nejprve pár slov o tom, jaké operační zesilovače (operační zesilovače) jsou. Samotný název naznačuje, že některé operace jsou prováděny s jejich pomocí. Mohl by to být chirurgický nástroj? Vůbec ne. Tento nástroj je určen k provádění různých matematických operací.

Zpočátku byly operační zesilovače použity v analogových počítačích (AVM), ve kterých byly informace představovány spojitými signály ve formě proudů a napětí.

Přestože AVM jsou nyní minulostí, analogové signályZískané z různých senzorů (například tlak tekutiny nebo úhel rotace plynového pedálu) se stále používají velmi široce. A prostě není kam jít.

Nejčastěji se analogové signály převádějí na digitální pomocí například ADC a jejich další zpracování se provádí digitálně pomocí mikroprocesorů nebo mikrokontrolérů.

Provozní zesilovače lampy

Nejprve, AVMs ještě trubice, matematické operace na analogových datech byly prováděny pomocí speciálních obvodů, které byly nazývány operační zesilovače. První operační zesilovače byly přirozeně trubkové zesilovače. Jejich vzhled a schéma jsou znázorněny na obrázcích 1 a 2.

Obrázek 1

Obrázek 2

Konstrukce operačního zesilovače je zřejmá z obrázku: celý obvod byl smontován do jednoho pouzdra a jednoduše vložen do zásuvky pomocí osmičkové základny jako jediné lampy. Elementární základna, jak vyplývá z obrázku 2, je dvojice lamp - dvojité diody. Jako by jen 4 tranzistory.

Tranzistorové operační zesilovače

Po příchodu tranzistorů se začaly implementovat operační zesilovače ve formě desek s konektory a tento stav pokračoval, dokud nebyly vynalezeny integrované obvody. To poněkud zlepšilo obecný stav věcí, zbavilo okruh všech nevýhod „trubek“: vysokou spotřebu energie a nízkou spolehlivost kvůli omezené životnosti lampy. Ale tranzistorové operační zesilovače měly své nevýhody. Za prvé, jejich rozměry byly dost velké, rád bych méně.

Integrované operační zesilovače

První integrovaný operační zesilovač µA702 byl vyvinut v roce 1963 Robert Widlar, zaměstnanec Fairchild Semiconductor. Zařízení obsahovalo pouze 9 tranzistorů, ale stálo to až 300 $, což umožnilo jeho použití pouze ve vývoji pro vojenský průmysl. Ale celkově to byl obrovský krok vpřed, jeden z největších objevů v elektronice.

Již v roce 1965 navrhl Robert Widlar operační zesilovač µA709, jehož výroba je mnohem levnější, za pouhých 10 USD. A ani taková cena neumožňovala použití pro domácí spotřebiče, ale byla docela přijatelná pro průmyslovou automatizaci atd. úkoly.

V roce 1967 se Widlar připojil k National Semiconductor, kde pod jeho vedením vyvinul LM101, který měl nejlepší vlastnosti. V roce 1968 Fairchild vydal µA741, který měl vnitřní korekci frekvence, což ještě více stabilizovalo jeho provoz - operační zesilovač s interní korekcí není náchylný k samočinnému buzení.

Jak již bylo řečeno Hlavním účelem operačního zesilovače je provádění matematických operací na analogových proměnných představovaných napětími (sumace, integrace, násobení atd.). Později se však ukázalo, že operační zesilovač je velmi univerzálním prvkem a jeho použití je jednoduše neomezené: zesílení signálu, filtry s aktivním kmitočtem, generátory, komparátory a mnohem více.

Nyní jsou operační zesilovače vyráběny v takovém množství, že je bez použití nemožné. Kromě toho je cena těchto elektronických produktů v některých případech velmi nízká a možnosti jsou velmi vysoké. Několik operačních zesilovačů je již umístěno v jednom případě, spotřeba mikro energie a velmi nízká úroveň vnitřního šumu přibližují skutečné zesilovače blíže k ideálním. To vše umožňuje použití operačních zesilovačů i v profesionálních zvukových zařízeních (vícekanálové směšovače), což je činí jednoduše nenahraditelnými.

Historie vzhledu a vývoje operačních zesilovačů je samozřejmě mnohem delší a pravděpodobně zajímavější, ale prozatím se na tuto informaci omezíme.

Symboly operačního zesilovače

Nebo příběh o trojúhelnících a obdélnících

První kroky v amatérském rádiu začínají zpravidla s použitím diskrétních tranzistorů, které, často s jistou ironií nebo naopak respektem, zkušení odborníci jednoduše nazývají „volné“. Na takových tranzistorech můžete dělat téměř cokoli, ale často toto povolání vyžaduje poměrně vysokou kvalifikaci interpreta.

Jednoduchý příklad: vyladění vysoce kvalitního UMZCH může stát několik sad výkonných drahých tranzistorů. Abyste tomu zabránili, musíte mít dostatečné zkušenosti s výrobou takových zařízení, používat různá ochranná zařízení v silových a zátěžových obvodech. V nejjednodušším případě žárovky s odpovídajícím napětím a výkonem.

Mnohem rychlejší než konečné výsledky na základě „zesilovače“ lze dosáhnout, pokud používáte ULF v integrovaném výkonu. Právě jste přidali několik odporů, kondenzátorů, napájení, blok timbralu a prosím, před sebou máte připravený zesilovač. Ale zde budeme hovořit o operačních zesilovačech, jejich použití v amatérských rádiových designech.

Pravděpodobně nikdo nebude sbírat doma AVM a nejrůznější sčítání - diferenciace. Velmi rozšířené použití operačních zesilovačů v zesilovačích, směšovačích a právě při opravě různých elektronických zařízení bude vyžadovat alespoň základní znalost operačních zesilovačů. O čem se bude psát v tomto článku.

Jak jsou indikovány operační zesilovače na elektrických obvodech

Stejně jako všechny rádiové části operačních zesilovačů jsou na schématech vyznačeny konvenční grafické symboly UGO. Označení mohou být velmi různorodá, i když obecně znamenají totéž. Při prvním seznámení s obvody na operačních zesilovačích vznikají pochybnosti, najednou udělám něco špatného, ​​najednou všechno jednoduše vyhoří.

Pokud neberete v úvahu vnitřní strukturu operačních zesilovačů, mimochodem, což je na první pohled poněkud komplikované (jedná se o tradice integrované elektroniky), vypadají navenek operátoři jednoduše a logicky. Další popis se bude týkat pouze vnějších závěrů a jejich použití v různých schématech.

Moderní operační zesilovač má obvykle dva vstupy, jeden výstup a dva výstupy pro připojení napájení. Toto je minimální sada „gentlemanly“. Kromě výše uvedených závěrů mohou existovat závěry pro připojení prvků pro korekci kmitočtu, závěry pro vyvažování (nulová úprava na výstupu). Různé UGO pro operační zesilovače jsou uvedeny na obrázku 1. Považujte je za co nejpodrobnější.

Obrázek 3

Na obr. La a lb jsou případy operačního zesilovače znázorněny ve tvaru rovnoramenného trojúhelníku. Ano, nejde jen o pouzdro mikročipu. Na levé straně jsou 2 vstupy: invertování (označeno znaménkem mínus nebo malý kruh) a neinvertování (označeno znaménkem plus nebo jednoduše nakresleno bez kruhu). Poznámka: Pokud je obvod nakreslen podle „pravidel dobrého tónu“, pak jsou všechny vstupy nalevo a výstupy vpravo od příslušného prvku.Pomocné závěry, například korekce, výživa, lze najít podle libosti.

Tady, právě v pravém rohu trojúhelníku, je výstup s nápisem „Výstup“ a terminály pro připojení napájení, nejčastěji dva polární, jsou zobrazeny nad a pod. Aby nedošlo k přetížení, nezmlžujte závěry okruhu, napájecí zdroje se nejčastěji nezobrazují. Jejich přistoupení je uvedeno jednoduše v poznámkách k systému.

Případ operačního zesilovače může být znázorněn jako obdélník, jak je znázorněno na obrázku 1c. Všechny ostatní části tohoto obrázku jsou stejné jako v případě trojúhelníkového pouzdra.

Skříně pro operační zesilovače

Moderní polovodičová technologie dosáhla takového pokroku, že počet polovodičových struktur v jednom pouzdru nelze jednoduše spočítat. Stačí si vzpomenout na moderní mikroprocesory, počet tranzistorů, v nichž činí miliardy kusů. Proto umístit v jednom případě několik operačních zesilovačů obsahujících pouze několik desítek tranzistorů je dokonce velmi jednoduchá záležitost.

Obrázek 4

Umístění terminálů operačních zesilovačů různých typů ve stejných případech je stejné, což velmi usnadňuje jejich výměnu, zejména v případech, kdy jsou operační zesilovače instalovány v konektorech - zásuvkách. Zároveň však mohou být operační zesilovače stejného typu vyrobeny ve zcela odlišných případech. Tato rozmanitost je vyžadována v podmínkách hromadné a velkoobjemové výroby, zejména pro pohodlí vývoje desek s plošnými spoji a celé konstrukce elektronického zařízení.

Obrázek 3 ukazuje operační zesilovače vyrobené v případech DIP8, DIP14.

Obrázek 5

Obrázek 4 ukazuje operační zesilovač typu 4558 v pouzdru typu SIP-8 - jednořadý osmipinový pouzdro.

Obrázek 6

V současné době si operační zesilovače v krabicích SMD získávají stále větší oblibu.

Obrázek 7

V dalším článku se budeme zabývat ideálním operačním zesilovačem, jeho vstupy a výstupy a některými základními vlastnostmi, které jsou užitečné v procesu nezávislého vývoje a výroby (čtěte právě pájení ve vašem volném čase) různých schémat „pro duši“. A je opravdu dobré, když je proces pájení nahrazen nepájené prkénkoo kterém článek již byl.

Pokračování článku:Ideální operační zesilovač

Boris Aladyshkin