Wzmacniacze operacyjne - rodzaje, oznaczenia, obudowy wzmacniaczy

Trochę historii

Najpierw kilka słów o tym, czym są wzmacniacze operacyjne (wzmacniacze operacyjne). Sama nazwa sugeruje, że niektóre operacje są wykonywane z ich pomocą. Czy może to być instrument chirurgiczny? Wcale nie To narzędzie jest przeznaczone do wykonywania różnych operacji matematycznych.

Początkowo wzmacniacze operacyjne były używane w komputerach analogowych (AVM), w których informacje były reprezentowane przez ciągłe sygnały w postaci prądów i napięć.

Chociaż AVM są już przeszłością, sygnały analogoweuzyskane z różnych czujników (na przykład ciśnienia płynu lub kąta pedału gazu) są nadal bardzo szeroko stosowane. I po prostu nie ma z czego.

Najczęściej sygnały analogowe są przetwarzane na cyfrowe za pomocą, na przykład, ADC, a ich dalsze przetwarzanie odbywa się cyfrowo za pomocą mikroprocesorów lub mikrokontrolerów.

Wzmacniacze operacyjne lamp

Po pierwsze, wciąż AVM lampowe, operacje matematyczne na danych analogowych wykonywano za pomocą specjalnych obwodów, które nazywano wzmacniaczami operacyjnymi. Oczywiście pierwszymi wzmacniaczami operacyjnymi były wzmacniacze lampowe. Ich wygląd i schemat pokazano na rycinach 1 i 2.

Rycina 1

Rycina 2

Konstrukcja wzmacniacza operacyjnego jest jasna z rysunku: cały obwód został zmontowany w jednej obudowie i po prostu włożony do gniazda za pomocą ośmiokątnej podstawy jako pojedynczej lampy. Podstawą elementarną, jak pokazano na ryc. 2, jest para lamp - podwójne triody. Jakby tylko 4 tranzystory.

Tranzystorowe wzmacniacze operacyjne

Po pojawieniu się tranzystorów zaczęto wdrażać wzmacniacze operacyjne w postaci płytek ze złączami, a ten stan rzeczy trwał aż do wynalezienia układów scalonych. To nieco poprawiło ogólny stan rzeczy, pozbawiło obwód wszystkich wad „lampowych”: wysokiego zużycia energii i niskiej niezawodności z powodu ograniczonej żywotności lampy. Ale tranzystorowe wzmacniacze operacyjne miały swoje wady. Przede wszystkim ich wymiary były dość duże, chciałbym mniej.

Zintegrowane wzmacniacze operacyjne

Pierwszy zintegrowany wzmacniacz operacyjny µA702 został opracowany w 1963 roku przez Roberta Widlara, pracownika Fairchild Semiconductor. Urządzenie zawierało tylko 9 tranzystorów, ale kosztowało nawet 300 USD, co pozwoliło na wykorzystanie go tylko w projektach dla przemysłu wojskowego. Ale ogólnie rzecz biorąc, był to ogromny krok naprzód, jedno z największych odkryć w elektronice.

Już w 1965 roku Robert Widlar zaprojektował wzmacniacz operacyjny µA709, którego produkcja kosztuje znacznie mniej, za jedyne 10 USD. I nawet taka cena nie pozwalała na stosowanie go w urządzeniach gospodarstwa domowego, ale była całkiem akceptowalna w przypadku automatyki przemysłowej itp. zadania

W 1967 roku Widlar dołączył do National Semiconductor, gdzie pod jego kierownictwem opracowali LM101, który miał najlepsze cechy. W 1968 roku Fairchild wypuścił µA741, który miał wewnętrzną korekcję częstotliwości, dzięki czemu jego praca była jeszcze bardziej stabilna - wzmacniacz operacyjny z wewnętrzną korekcją nie jest podatny na samowzbudzenie.

Jak już powiedzieliśmy Głównym celem wzmacniacza operacyjnego jest wykonywanie operacji matematycznych na zmiennych analogowych reprezentowanych przez napięcia (sumowanie, całkowanie, mnożenie itp.). Ale później stało się jasne, że wzmacniacz operacyjny jest bardzo uniwersalnym elementem, a jego zastosowanie jest po prostu nieograniczone: wzmocnienie sygnału, filtry częstotliwości czynnej, generatory, komparatory i wiele więcej.

Teraz wzmacniacze operacyjne są produkowane w takich ilościach, że po prostu niemożliwe jest obejście się bez ich użycia. Ponadto cena tych produktów elektronicznych jest w niektórych przypadkach bardzo niska, a możliwości są bardzo wysokie. Kilka wzmacniaczy operacyjnych jest już umieszczonych w jednej obudowie, a zużycie energii mikro i bardzo niski poziom własnego szumu zbliżają prawdziwe wzmacniacze do idealnych. Wszystko to pozwala na zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych nawet w profesjonalnym sprzęcie dźwiękowym (miksery wielokanałowe), co czyni je po prostu niezastąpionymi.

Oczywiście historia pojawienia się i rozwoju wzmacniaczy operacyjnych jest znacznie dłuższa i, być może, bardziej interesująca, ale na razie ograniczymy się do tych informacji.

Symbole wzmacniacza operacyjnego

Lub opowieść o trójkątach i prostokątach

Pierwsze kroki w amatorskim radiu zaczynają się z reguły od zastosowania dyskretnych tranzystorów, które - z pewną ironią lub wręcz przeciwnie - z szacunkiem doświadczeni eksperci po prostu nazywają „luźnymi”. Na takich tranzystorach możesz zrobić prawie wszystko, ale często ten zawód wymaga dość wysokich kwalifikacji wykonawcy.

Prosty przykład: strojenie wysokiej jakości UMZCH może kosztować kilka zestawów potężnych drogich tranzystorów. Aby temu zapobiec, musisz mieć wystarczające doświadczenie w budowaniu takich urządzeń, stosować różne urządzenia ochronne w obwodach zasilania i obciążenia. W najprostszym przypadku, żarówki o odpowiednim napięciu i mocy.

Znacznie szybciej niż końcowe wyniki na podstawie „wzmacniacza” można osiągnąć, jeśli użyjesz ULF w zintegrowanym wykonaniu. Właśnie dodałem kilka rezystorów, kondensatorów, zasilacza, bloku timbral i, proszę, masz przed sobą gotowy wzmacniacz. Ale tutaj porozmawiamy o wzmacniaczach operacyjnych, ich zastosowaniu w amatorskich projektach radiowych.

Prawdopodobnie nikt nie zbierze w domu AVM i wszelkiego rodzaju dodatków - wyróżników. Bardzo rozpowszechnione zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych we wzmacniaczach, mikserach i właśnie podczas naprawy różnych urządzeń elektronicznych będzie wymagało co najmniej podstawowej wiedzy na temat wzmacniaczy operacyjnych. O czym zostanie napisane w tym artykule.

Jak wzmacniacze operacyjne są wskazane w obwodach elektrycznych

Jak wszystkie części radiowe wzmacniaczy operacyjnych są oznaczone na schematach za pomocą konwencjonalnych symboli graficznych UGO. Oznaczenia mogą być bardzo różnorodne, chociaż ogólnie oznaczają to samo. Przy pierwszej znajomości obwodów wzmacniaczy operacyjnych pojawiają się wątpliwości, nagle zrobię coś złego, nagle wszystko po prostu wypali się.

Nawiasem mówiąc, jeśli nie weźmiesz pod uwagę wewnętrznej struktury wzmacniaczy operacyjnych, która na pierwszy rzut oka jest dość skomplikowana (są to tradycje zintegrowanej elektroniki), na zewnątrz operatorzy wyglądają na prostą i logiczną. Dalszy opis będzie dotyczył tylko wniosków zewnętrznych i ich zastosowania w różnych schematach.

Nowoczesny wzmacniacz operacyjny ma zwykle dwa wejścia, jedno wyjście i dwa wyjścia do podłączenia mocy. Jest to minimalny zestaw „dżentelmeński”. Oprócz powyższych wniosków mogą istnieć wnioski dotyczące łączenia elementów korekcji częstotliwości, wnioski dotyczące równoważenia (korekta zerowa na wyjściu). Różne UGO dla wzmacniaczy operacyjnych pokazano na rysunku 1. Rozważ je tak szczegółowo, jak to możliwe.

Rycina 3

Na rysunkach 1a i 1b przypadki wzmacniacza operacyjnego pokazano w postaci trójkąta równoramiennego. Tak, to nic innego jak obudowa mikroukładu. Po lewej stronie znajdują się 2 wejścia: odwrócenie (oznaczone znakiem minus lub małym kółkiem) i nieodwracanie (oznaczone znakiem plus lub po prostu narysowane bez okręgu). Uwaga: jeśli obwód jest rysowany zgodnie z „zasadami dobrego tonu”, wówczas wszystkie wejścia znajdują się po lewej stronie, a wyjścia po prawej stronie danego elementu.Wnioski pomocnicze, na przykład korekta, odżywianie, można zlokalizować tak, jak chcesz.

Tutaj, w prawym rogu trójkąta znajduje się wyjście z napisem „Wyjście”, a zaciski do podłączenia zasilania, najczęściej dwa biegunowe, pokazano powyżej i poniżej. Aby nie przeciążać, nie paruj wniosków obwodu, zasilacze najczęściej nie są pokazane. Ich przystąpienie jest wskazane w uwagach do programu.

Obudowę wzmacniacza operacyjnego można przedstawić jako prostokąt, jak pokazano na rysunku 1c. Wszystkie pozostałe części tej figury są takie same jak w przypadku skrzyni trójkątnej.

Obudowy do wzmacniaczy operacyjnych

Nowoczesna technologia półprzewodników osiągnęła takie postępy, że po prostu nie można policzyć liczby struktur półprzewodnikowych w jednej obudowie. Wystarczy przypomnieć nowoczesne mikroprocesory, których liczba tranzystorów wynosi miliardy sztuk. Dlatego nawet bardzo łatwo jest umieścić kilka wzmacniaczy operacyjnych w jednej obudowie zawierającej zaledwie kilkadziesiąt tranzystorów.

Rycina 4

Lokalizacja zacisków różnych typów wzmacniaczy operacyjnych w tych samych obudowach jest taka sama, co bardzo ułatwia ich wymianę, szczególnie w przypadkach, gdy wzmacniacze operacyjne są zainstalowane w złączach - gniazdach. Ale jednocześnie wzmacniacze operacyjne tego samego typu mogą być wytwarzane w zupełnie innych przypadkach. Ta różnorodność jest wymagana w warunkach masowej i wielkoskalowej produkcji, głównie ze względu na wygodę opracowywania płytek drukowanych i całego projektu urządzenia elektronicznego.

Ryc. 3 pokazuje wzmacniacze operacyjne wykonane w obudowach DIP8, DIP14.

Rycina 5

Na rycinie 4 pokazano wzmacniacz operacyjny typu 4558 w obudowie typu SIP-8 - jednorzędowa ośmio-pinowa obudowa.

Rycina 6

Obecnie wzmacniacze operacyjne w obudowach SMD zyskują coraz większą popularność.

Rycina 7

W następnym artykule rozważymy idealny wzmacniacz operacyjny, jego wejścia i wyjścia oraz niektóre podstawowe właściwości, które są użyteczne w procesie niezależnego rozwoju i produkcji (czytaj tylko lutowanie w wolnym czasie) różnych schematów „dla duszy”. I to naprawdę dobrze, jeśli proces lutowania zostanie wymieniony płyty lutownicze bez lutuo którym artykuł już był.

Kontynuacja artykułu:Idealny wzmacniacz operacyjny

Boris Aladyshkin