Operačné zosilňovače - typy, označenia, kryty zosilňovačov

Trocha histórie

Najprv pár slov o tom, čo sú operačné zosilňovače (operačné zosilňovače). Samotný názov naznačuje, že niektoré operácie sa vykonávajú s ich pomocou. Môže to byť chirurgický nástroj? Vôbec nie. Tento nástroj je určený na vykonávanie rôznych matematických operácií.

Spočiatku sa operačné zosilňovače používali v analógových počítačoch (AVM), v ktorých boli informácie reprezentované súvislými signálmi vo forme prúdov a napätí.

Aj keď sú AVM už minulosťou, analógové signályZískané z rôznych senzorov (napríklad tlak tekutiny alebo uhol rotácie plynového pedála) sa stále používajú veľmi široko. A nie je z tohto miesta kam ísť.

Najčastejšie sa analógové signály prevádzajú na digitálne napríklad pomocou ADC a ich ďalšie spracovanie sa vykonáva digitálne pomocou mikroprocesorov alebo mikrokontrolérov.

Prevádzkové zosilňovače žiaroviek

Po prvé, stále skúmavky AVM, matematické operácie s analógovými údajmi sa vykonávali pomocou špeciálnych obvodov, ktoré sa nazývali operačné zosilňovače. Prirodzene, prvé operačné zosilňovače boli trubicové zosilňovače. Ich vzhľad a schéma sú znázornené na obrázkoch 1 a 2.

Obrázok 1

Obrázok 2

Konštrukcia operačného zosilňovača je zrejmá z obrázku: celý obvod bol zostavený do jedného puzdra a jednoducho vložený do zásuvky pomocou osmičkovej základne ako jedinej žiarovky. Základňa prvkov, ako vyplýva z obrázku 2, je dvojica lámp - dvojité triódy. Ako keby iba 4 tranzistory.

Tranzistorové operačné zosilňovače

Po príchode tranzistorov sa začali implementovať operačné zosilňovače vo forme dosiek s konektormi a tento stav pokračoval až do vynájdenia integrovaných obvodov. To trochu zlepšilo všeobecný stav vecí, zbavilo okruh všetkých nevýhod „trubíc“: vysokú spotrebu energie a nízku spoľahlivosť v dôsledku obmedzenej životnosti žiarovky. Avšak tranzistorové operačné zosilňovače mali svoje nevýhody. Po prvé, ich rozmery boli dosť veľké, rád by som menej.

Integrované operačné zosilňovače

Prvý integrovaný operačný zosilňovač µA702 bol vyvinutý v roku 1963 Robert Widlar, zamestnanec Fairchild Semiconductor. Zariadenie obsahovalo iba 9 tranzistorov, ale stálo to až 300 dolárov, čo umožnilo jeho použitie iba vo vývoji pre vojenský priemysel. Celkovo to však bol obrovský krok vpred, jeden z najväčších objavov v elektronike.

Už v roku 1965 navrhol Robert Widlar operačný zosilňovač µA709, ktorého výroba je oveľa lacnejšia, a to iba za 10 dolárov. A ani takáto cena neumožňovala použitie pre domáce spotrebiče, ale bola celkom prijateľná pre priemyselnú automatizáciu atď. úloh.

V roku 1967 sa Widlar pripojil k National Semiconductor, kde pod jeho vedením vyvinul LM101, ktorý mal tie najlepšie vlastnosti. V roku 1968 Fairchild vydal uA741, ktorý mal internú korekciu frekvencie, čo ešte viac stabilizovalo jeho fungovanie - operačný zosilňovač s internou korekciou nie je náchylný na samobudenie.

Ako už bolo povedané hlavným účelom operačného zosilňovača je vykonávať matematické operácie s analógovými premennými predstavovanými napätiami (sumácia, integrácia, násobenie atď.). Neskôr sa však ukázalo, že op-amp je veľmi univerzálny prvok a jeho použitie je jednoducho neobmedzené: zosilnenie signálu, aktívne frekvenčné filtre, generátory, komparátory a oveľa viac.

Teraz sú operačné zosilňovače vyrábané v takých množstvách, že je jednoducho nemožné ich použitie bez ich použitia. Cena týchto elektronických výrobkov je v niektorých prípadoch veľmi nízka a možnosti sú veľmi vysoké. Niekoľko operačných zosilňovačov je už umiestnených v jednom kryte, spotreba mikro energie a veľmi nízka úroveň vlastného hluku približujú skutočné zosilňovače bližšie k ideálnym. To všetko umožňuje použitie operačných zosilňovačov aj v profesionálnych zvukových zariadeniach (multikanálové mixéry), vďaka čomu sú jednoducho nenahraditeľné.

História vzniku a vývoja operačných zosilňovačov je, samozrejme, omnoho dlhšia a pravdepodobne zaujímavejšia, ale zatiaľ sa na tieto informácie obmedzíme.

Symboly operačného zosilňovača

Alebo príbeh o trojuholníkoch a obdĺžnikoch

Prvé kroky v amatérskom rádiu sa spravidla začínajú používaním diskrétnych tranzistorov, ktoré často s určitou iróniou alebo naopak rešpektujú skúsení odborníci jednoducho nazývajú „uvoľnené“. Na takýchto tranzistoroch môžete robiť takmer čokoľvek, ale často si toto povolanie vyžaduje pomerne vysokú kvalifikáciu účinkujúceho.

Jednoduchý príklad: ladenie vysokokvalitného UMZCH môže stáť niekoľko súprav výkonných drahých tranzistorov. Aby ste tomu zabránili, musíte mať dostatočné skúsenosti s výrobou takýchto zariadení, používať rôzne ochranné zariadenia v silových a záťažových obvodoch. V najjednoduchšom prípade žiarovky so zodpovedajúcim napätím a výkonom.

Ak použijete ULF v integrovanom výkone, je možné dosiahnuť oveľa rýchlejšie výsledky, ako sú konečné výsledky na základe „zosilňovača“. Práve ste pridali niekoľko rezistorov, kondenzátorov, napájacieho zdroja, bloku timbral a prosím, pred sebou máte pripravený zosilňovač. Ale tu sa budeme baviť o operačných zosilňovačoch, ich použití v amatérskych rádiových dizajnoch.

Pravdepodobne nikto nebude zbierať doma AVM a všetky druhy doplnkov - diferenciátorov. Veľmi rozšírené použitie operačných zosilňovačov v zosilňovačoch, zmiešavačoch a práve pri oprave rôznych elektronických zariadení bude vyžadovať aspoň základné znalosti o operačných zosilňovačoch. O čom sa bude písať v tomto článku.

Ako sú indikované operačné zosilňovače na elektrických obvodoch

Rovnako ako všetky rádiové časti operačných zosilňovačov sú na diagramoch vyznačené konvenčnými grafickými symbolmi UGO. Označenia môžu byť veľmi rozdielne, aj keď vo všeobecnosti znamenajú to isté. Pri prvom oboznámení sa s obvodmi na operačných zosilňovačoch vznikajú pochybnosti, zrazu urobím niečo zlé, zrazu všetko jednoducho vyhorí.

Ak nezohľadníte vnútornú štruktúru operačných zosilňovačov, mimochodom, čo je na prvý pohľad dosť komplikované (jedná sa o tradície integrovanej elektroniky), navonok vyzerajú operátori jednoducho a logicky. Ďalší opis sa bude týkať iba vonkajších záverov a ich použitia v rôznych schémach.

Moderný operačný zosilňovač má obvykle dva vstupy, jeden výstup a dva výstupy na pripojenie napájania. Toto je minimálne „gentlemanské“ nastavenie. Okrem vyššie uvedených záverov môžu existovať aj závery týkajúce sa prepojenia prvkov korekcie frekvencie, závery pre vyváženie (nulová úprava na výstupe). Rôzne UGO pre operačné zosilňovače sú zobrazené na obrázku 1. Zvážte ich čo najpodrobnejšie.

Obrázok 3

Na obrázkoch la a 1b sú prípady operačného zosilňovača znázornené vo forme rovnoramenného trojuholníka. Áno, nejde iba o mikroobvod. Na ľavej strane sú 2 vstupy: invertovanie (označené znamienkom mínus alebo malý kruh) a neinvertovanie (označené znamienkom plus alebo jednoducho nakreslené bez kruhu). Poznámka: Ak je obvod nakreslený podľa „pravidiel dobrého tónu“, potom sú všetky vstupy naľavo a výstupy sú napravo od príslušného prvku.Pomocné závery, napríklad korekcia, výživa, sa dajú nájsť podľa vašich predstáv.

Tu je práve v pravom rohu trojuholníka výstup s nápisom „Výstup“ a terminály na pripojenie napájania, najčastejšie dve polárne, sú zobrazené nad a pod. Aby nedošlo k preťaženiu, nezmlžujte závery obvodu, napájacie zdroje sa často nezobrazujú. Ich pristúpenie je uvedené jednoducho v poznámkach k schéme.

Prípad operačného zosilňovača môže byť znázornený ako obdĺžnik, ako je znázornené na obrázku 1c. Všetky ostatné časti tohto obrázku sú rovnaké ako v prípade trojuholníkového puzdra.

Priestory pre operačné zosilňovače

Moderná polovodičová technológia dosiahla taký pokrok, že počet polovodičových štruktúr v jednom kryte sa jednoducho nedá spočítať. Stačí si spomenúť na moderné mikroprocesory, počet tranzistorov, v ktorých sa nachádzajú miliardy kusov. Preto je dokonca veľmi jednoduché umiestniť niekoľko operačných zosilňovačov do jedného prípadu obsahujúceho iba niekoľko desiatok tranzistorov.

Obrázok 4

Umiestnenie terminálov operačných zosilňovačov rôznych typov v rovnakých prípadoch je rovnaké, čo veľmi uľahčuje ich výmenu, najmä v prípadoch, keď sú operačné zosilňovače nainštalované v konektoroch - zásuvkách. Zároveň však môžu byť operačné zosilňovače rovnakého typu vyrobené v úplne odlišných prípadoch. Táto rozmanitosť je vyžadovaná v podmienkach hromadnej a veľkovýrobnej výroby, hlavne pre pohodlie vývoja dosiek plošných spojov a celej konštrukcie elektronického zariadenia.

Obrázok 3 zobrazuje operačné zosilňovače vyrobené v prípadoch DIP8, DIP14.

 

Obrázok 5

Obrázok 4 zobrazuje operačný zosilňovač typu 4558 v kryte typu SIP-8 - jednoradový osemkolíkový kryt.

Obrázok 6

V súčasnosti si operačné zosilňovače v krytoch SMD získavajú na popularite.

Obrázok 7

V nasledujúcom článku sa budeme zaoberať ideálnym operačným zosilňovačom, jeho vstupmi a výstupmi a niektorými základnými vlastnosťami, ktoré budú užitočné v procese vlastného rozvoja a výroby (čítajte len spájkovanie vo vašom voľnom čase) rôznych schém „pre dušu“. A je skutočne dobré, ak sa proces spájkovania nahradil spájkovacie doštičkyo ktorých bol tento článok už použitý.

Pokračovanie článku:Ideálny operačný zosilňovač

Boris Aladyshkin