Операционни усилватели - видове, обозначения, корпуси на усилвателя

Малко история

Първо, няколко думи за това какво представляват операционните усилватели (оп усилватели). Самото име подсказва, че някои операции се извършват с тяхна помощ. Може ли да е хирургически инструмент? Изобщо не. Този инструмент е предназначен за извършване на различни математически операции.

Първоначално операционните усилватели са били използвани в аналогови компютри (AVM), в които информацията е била представена от непрекъснати сигнали под формата на токове и напрежения.

Въпреки че AVM сега са нещо от миналото, аналогови сигналиполучени от различни сензори (например налягане на течността или ъгъла на въртене на педала за газ) все още се използват много широко. И просто няма откъде да се стигне до това.

Най-често аналоговите сигнали се преобразуват в цифрови, като се използва например ADC и по-нататъшната им обработка се извършва цифрово с помощта на микропроцесори или микроконтролери.

Операционни усилватели на лампата

Първо, все още тръбни AVM, математически операции върху аналогови данни са извършени с помощта на специални схеми, които се наричат ​​операционни усилватели. Естествено, първите операционни усилватели са тръбните усилватели. Техният вид и диаграма са показани на фигури 1 и 2.

Фигура 1

Фигура 2

Дизайнът на операционния усилвател е ясен от фигурата: цялата верига беше сглобена в един корпус и просто вмъкната в гнездото, използвайки осмална основа като единична лампа. Елементарната основа, както следва от фигура 2, е чифт лампи - двойни триоди. Сякаш само 4 транзистора.

Транзисторни операционни усилватели

След появата на транзисторите, операционните усилватели започват да се прилагат под формата на платки с конектори и това състояние на нещата продължава, докато не бъдат измислени интегрални схеми. Това донякъде подобри общото състояние на нещата, лиши веригата на всички недостатъци на "тръбата": висока консумация на енергия и ниска надеждност поради ограничения живот на лампата. Но транзисторните оп усилватели имаха своите недостатъци. На първо място, размерите им бяха доста големи, бих искал по-малко.

Интегрирани операционни усилватели

Първият интегриран операционен усилвател µA702 е разработен през 1963 г. от Робърт Уидлар, служител на Fairchild Semiconductor. Устройството съдържаше само 9 транзистора, но струваше $ 300, което му позволяваше да се използва само в разработки за военната индустрия. Но като цяло това беше огромна крачка напред, едно от най-големите открития в електрониката.

Още през 1965 г. Робърт Уидлар проектира операционния усилвател µA709, който струва много по-малко за производството, само за 10 долара. И дори такава цена не позволяваше да се използва за домакински уреди, но беше напълно приемлива за индустриална автоматизация и т.н. задачите.

През 1967 г. Widlar се присъединява към National Semiconductor, където под негово ръководство разработва LM101, който има най-добрите характеристики. През 1968 г. Fairchild пусна µA741, който имаше вътрешна честотна корекция, което направи работата му още по-стабилна - оперативен усилвател с вътрешна корекция не е предразположен към самовъзбуждане.

Както вече беше казано Основната цел на операционния усилвател е да извършва математически операции върху аналогови променливи, представени от напрежения (сумиране, интегриране, умножение и др.). Но по-късно стана ясно, че оптичният усилвател е много универсален елемент и приложението му е просто неограничено: усилване на сигнала, филтри с активна честота, генератори и др. сравняваните и много повече.

Сега операционните усилватели се произвеждат в такива количества, че е просто невъзможно да се направи без тяхното използване. Освен това в някои случаи цената на тези електронни продукти е много ниска, а възможностите са много високи. Няколко операционни усилвателя вече са поместени в един случай, консумацията на микроенергия и много ниското ниво на вътрешен шум приближават реалните усилватели до идеалните. Всичко това позволява използването на оперативни усилватели дори в професионално звуково оборудване (многоканални миксери), което ги прави просто незаменими.

Разбира се, историята на появата и развитието на операционните усилватели е много по-дълга и вероятно е по-интересна, но засега ще се ограничим до тази информация.

Символи за операционен усилвател

Или история за триъгълници и правоъгълници

Първите стъпки в любителското радио започват по правило с използването на дискретни транзистори, които често с някаква ирония или, напротив, уважение, опитните експерти просто наричат ​​„хлабави“. На такива транзистори можете да направите почти всичко, но често това занимание изисква доста висока квалификация на изпълнителя.

Прост пример: настройката на висококачествен UMZCH може да струва няколко комплекта мощни скъпи транзистори. За да не се случи това, трябва да имате достатъчен опит в изграждането на такива устройства, да използвате различни защитни устройства в схемите за захранване и натоварване. В най-простия случай, лампи с нажежаема жичка със съответното напрежение и мощност.

Много по-бързи от крайните резултати на базата на "усилвател" могат да бъдат постигнати, ако използвате ULF в интегрираната производителност. Просто добавихте няколко резистора, кондензатори, захранване, тембрален блок и, моля, имате готов усилвател пред себе си. Но тук ще говорим за операционни усилватели, тяхната употреба в аматьорските дизайни на радиото.

Вероятно никой няма да събира вкъщи AVM и всякакви добавки - диференциатори. Много широкото използване на усилватели в усилватели, смесители и точно при ремонт на различно електронно оборудване ще изисква поне основни познания за операционните усилватели. За какво ще пише в тази статия.

Как са показани операционните усилватели на електрическите вериги

Както всички радио части на операционните усилватели са показани на диаграмите, като се използват UGO - конвенционални графични символи. Обозначенията могат да бъдат много разнообразни, въпреки че като цяло означават едно и също нещо. При първото запознаване с схемите на операционните усилватели възникват съмнения, изведнъж ще направя нещо нередно, изведнъж всичко просто ще изгори.

Ако не вземете предвид вътрешната структура на операционните усилватели, която между другото е доста сложна на пръв поглед (това са традициите на интегрираната електроника), външно оперативните изглеждат просто и логично. По-нататъшното описание ще се отнася само до външните заключения и тяхното използване в различни схеми.

Модерният операционен усилвател обикновено има два входа, един изход и два изхода за свързване на мощността. Това е минималният набор "джентълменски". В допълнение към горните заключения, може да има заключения за свързване на елементи за корекция на честотата, заключения за балансиране (нулева настройка на изхода). Различни UGO за операционни усилватели са показани на фигура 1. Обмислете ги възможно най-подробно.

Фигура 3

На фигури 1а и 1б са показани случаите на операционния усилвател под формата на равнобедрен триъгълник. Да, това не е нищо повече от случай на микросхема. От лявата страна има 2 входа: обърнати (обозначени със знак минус или малък кръг) и неинвертиращи (обозначени със знак плюс или просто начертани без кръг). Забележка: ако схемата е начертана според „правилата за добър тон“, тогава всички входове са отляво, а изходите са отдясно на въпросния елемент.Спомагателните заключения, например, корекция, хранене, могат да бъдат разположени както искате.

Тук точно в десния ъгъл на триъгълника има изход с надпис "Изход", а клемите за свързване на мощността, най-често два полярни, са показани отгоре и отдолу. За да не се претоварвате, не размивайте заключенията на веригата, захранванията най-често не се показват. Присъединяването им е посочено просто в бележките към схемата.

Случаят на операционния усилвател може да бъде изобразен като правоъгълник, както е показано на фигура 1в. Всички останали части на тази фигура са същите като в триъгълния случай.

Корпуси за операционни усилватели

Съвременната полупроводникова технология постигна такъв напредък, че броят на полупроводниковите структури в един корпус просто не може да бъде преброен. Достатъчно е да си припомним съвременните микропроцесори, броят на транзисторите в които възлиза на милиарди парчета. Следователно, да се постави в един случай няколко операционни усилвателя, съдържащи само няколко десетки транзистори, е дори много прост въпрос.

Фигура 4

Местоположението на клемите на операционните усилватели от различни видове в едни и същи случаи е едно и също, което прави много лесно да ги замените, особено в случаите, когато операционните усилватели са инсталирани в конектори - гнезда. Но в същото време оперативни усилватели от същия тип могат да бъдат направени в съвсем различни случаи. Този сорт се изисква в условия на масово и мащабно производство главно за удобството на разработването на печатни платки и целия дизайн на електронно устройство.

Фигура 3 показва операционните усилватели, направени в случаите DIP8, DIP14.

Фигура 5

Фигура 4 показва операционен усилвател тип 4558 в корпус тип SIP-8 - едноредов осем-пинов корпус.

Фигура 6

В момента оперативните усилватели в корпусите на SMD набират все по-голяма популярност.

Фигура 7

В следващата статия ще разгледаме идеалния оперативен усилвател, неговите входове и изходи и някои основни свойства, които са полезни в процеса на независимо развитие и производство (четете само запояване в свободното време) на различни схеми "за душата". И наистина е добре, ако процесът на запояване бъде заменен безпайкови дъскиза които статията вече е била.

Продължение на статията:Идеалният операционен усилвател

Борис Аладишкин