Λειτουργικοί ενισχυτές - τύποι, ονομασίες, περιβλήματα ενισχυτή

Λίγη ιστορία

Κατ 'αρχάς, λίγα λόγια σχετικά με τους λειτουργικούς ενισχυτές (op amp). Το ίδιο το όνομα δείχνει ότι ορισμένες λειτουργίες εκτελούνται με τη βοήθειά τους. Θα μπορούσε να είναι ένα χειρουργικό εργαλείο; Καθόλου. Αυτό το εργαλείο έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί διάφορες μαθηματικές επεμβάσεις.

Αρχικά, επιχειρησιακοί ενισχυτές χρησιμοποιήθηκαν σε αναλογικούς υπολογιστές (AVMs), στους οποίους οι πληροφορίες αντιπροσωπεύονταν από συνεχή σήματα με τη μορφή ρευμάτων και τάσεων.

Αν και τα AVM είναι τώρα ένα πράγμα του παρελθόντος, αναλογικά σήματαπου λαμβάνονται από διάφορους αισθητήρες (για παράδειγμα, πίεση ρευστού ή γωνία περιστροφής του πεντάλ αερίου) εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται πολύ ευρέως. Και απλά δεν υπάρχει πουθενά να πάει από αυτό.

Πιο συχνά, τα αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε ψηφιακά χρησιμοποιώντας, για παράδειγμα, ένα ADC και η περαιτέρω επεξεργασία τους εκτελείται ψηφιακά χρησιμοποιώντας μικροεπεξεργαστές ή μικροελεγκτές.

Λειτουργικοί ενισχυτές λυχνίας

Πρώτον, εξακολουθούν να υπάρχουν σωλήνες AVM, οι μαθηματικές λειτουργίες σε αναλογικά δεδομένα πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ειδικά κυκλώματα, τα οποία ονομάζονταν επιχειρησιακοί ενισχυτές. Φυσικά, οι πρώτοι επιχειρησιακοί ενισχυτές ήταν ενισχυτές σωλήνων. Η εμφάνιση και το διάγραμμα παρουσιάζονται στα Σχήματα 1 και 2.

Σχήμα 1

Σχήμα 2

Ο σχεδιασμός του λειτουργικού ενισχυτή είναι ξεκάθαρος από το σχήμα: το σύνολο του κυκλώματος συναρμολογήθηκε σε ένα περίβλημα και απλώς εισήχθη στην υποδοχή χρησιμοποιώντας μια οκταδική βάση ως μονή λάμπα. Η στοιχειακή βάση, όπως φαίνεται στο σχήμα 2, είναι ένα ζεύγος λαμπτήρων - διπλών τριόδων. Όπως και μόνο 4 τρανζίστορ.

Λειτουργικοί ενισχυτές τρανζίστορ

Μετά την εμφάνιση των τρανζίστορ, άρχισαν να υλοποιούνται επιχειρησιακοί ενισχυτές με τη μορφή πλακών με συνδετήρες και η κατάσταση αυτή συνεχίστηκε μέχρι να επινοηθούν ολοκληρωμένα κυκλώματα. Αυτό βελτίωσε κάπως τη γενική κατάσταση των υποθέσεων, στερήθηκε το κύκλωμα όλων των μειονεκτημάτων "σωλήνα": υψηλή κατανάλωση ενέργειας και χαμηλή αξιοπιστία λόγω της περιορισμένης ζωής του λαμπτήρα. Αλλά οι τρανζίστορ op amps είχαν τα μειονεκτήματά τους. Πρώτα απ 'όλα, οι διαστάσεις τους ήταν αρκετά μεγάλες, θα ήθελα λιγότερο.

Ενσωματωμένοι λειτουργικοί ενισχυτές

Ο πρώτος ολοκληρωμένος λειτουργικός ενισχυτής μA702 αναπτύχθηκε το 1963 από τον Robert Widlar, έναν υπάλληλο της Fairchild Semiconductor. Η συσκευή περιείχε μόνο 9 τρανζίστορ, αλλά κοστίζει έως και $ 300, γεγονός που επέτρεψε τη χρήση της μόνο στις εξελίξεις για τη στρατιωτική βιομηχανία. Αλλά συνολικά, ήταν ένα τεράστιο βήμα μπροστά, ένα από τα μεγαλύτερα ευρήματα στην ηλεκτρονική.

Ήδη το 1965, ο Robert Widlar σχεδίασε τον λειτουργικό ενισχυτή μA709, που κοστίζει πολύ λιγότερο για την κατασκευή, μόνο για $ 10. Και ακόμη και μια τέτοια τιμή δεν του επέτρεπε να χρησιμοποιηθεί για οικιακές συσκευές, αλλά ήταν αρκετά αποδεκτή για βιομηχανικό αυτοματισμό κλπ. καθήκοντα.

Το 1967, ο Widlar εντάχθηκε στο National Semiconductor, όπου με την ηγεσία του ανέπτυξε το LM101, το οποίο είχε τα καλύτερα χαρακτηριστικά. Το 1968, η Fairchild κυκλοφόρησε το μA741, το οποίο είχε εσωτερική διόρθωση συχνότητας, γεγονός που καθιστούσε ακόμα πιο σταθερή τη λειτουργία του - ένας λειτουργικός ενισχυτής με εσωτερική διόρθωση δεν είναι επιρρεπής σε αυτο-διέγερση.

Όπως είπαμε ήδη ο κύριος σκοπός του λειτουργικού ενισχυτή είναι να εκτελεί μαθηματικές πράξεις σε αναλογικές μεταβλητές που αντιπροσωπεύονται από τάσεις (άθροιση, ολοκλήρωση, πολλαπλασιασμός κ.λπ.). Αλλά αργότερα κατέστη σαφές ότι ο op-amp είναι ένα πολύ καθολικό στοιχείο και η εφαρμογή του είναι απλώς απεριόριστη: ενίσχυση σήματος, φίλτρα ενεργού συχνότητας, γεννήτριες, συγκριτικά και πολλά άλλα.

Τώρα οι επιχειρησιακοί ενισχυτές παράγονται σε ποσότητες τέτοιες που είναι απλώς αδύνατο να γίνει χωρίς τη χρήση τους. Επιπλέον, η τιμή αυτών των ηλεκτρονικών προϊόντων είναι σε ορισμένες περιπτώσεις πολύ χαμηλή και οι δυνατότητες είναι πολύ υψηλές. Αρκετοί επιχειρησιακοί ενισχυτές έχουν ήδη τοποθετηθεί σε μία περίπτωση, η κατανάλωση μικρο-ενέργειας και ένα πολύ χαμηλό επίπεδο εσωτερικού θορύβου φέρνουν τους πραγματικούς ενισχυτές πιο κοντά στους ιδανικούς. Όλα αυτά επιτρέπουν τη χρήση λειτουργικών ενισχυτών ακόμα και σε επαγγελματικό ηχητικό εξοπλισμό (πολυκαναλικοί αναμίκτες), καθιστώντας τους απλώς αναντικατάστατες.

Φυσικά, η ιστορία της εμφάνισης και ανάπτυξης των λειτουργικών ενισχυτών είναι πολύ μεγαλύτερη και, πιθανώς, πιο ενδιαφέρουσα, αλλά προς το παρόν θα περιοριστούμε σε αυτές τις πληροφορίες.

Λειτουργικά σύμβολα ενισχυτή

Ή μια ιστορία για τα τρίγωνα και τα ορθογώνια

Τα πρώτα βήματα στο ερασιτεχνικό ραδιόφωνο αρχίζουν, κατά κανόνα, με τη χρήση διακεκριμένων τρανζίστορ, τα οποία, συχνά με κάποια ειρωνεία ή, αντίθετα, σεβασμού, οι έμπειροι εμπειρογνώμονες απλά ονομάζουν "χαλαρά". Σε τέτοια τρανζίστορ μπορείτε να κάνετε σχεδόν οτιδήποτε, αλλά συχνά αυτό το επάγγελμα απαιτεί αρκετά υψηλά προσόντα του εκτελεστή.

Ένα απλό παράδειγμα: ο συντονισμός ενός υψηλής ποιότητας UMZCH μπορεί να κοστίσει πολλά σύνολα ισχυρών δαπανηρών τρανζίστορ. Για να αποφευχθεί αυτό, πρέπει να έχετε επαρκή εμπειρία κατασκευής τέτοιων συσκευών, να χρησιμοποιήσετε διάφορες προστατευτικές διατάξεις στα κυκλώματα τροφοδοσίας και φορτίου. Στην απλούστερη περίπτωση, λαμπτήρες πυρακτώσεως της αντίστοιχης τάσης και ισχύος.

Πολύ ταχύτερα από τα τελικά αποτελέσματα με βάση το "ενισχυτή" μπορεί να επιτευχθεί εάν χρησιμοποιείτε το ULF στην ενσωματωμένη απόδοση. Μόλις προσθέσαμε μερικές αντιστάσεις, πυκνωτές, τροφοδοτικό, ένα timbral μπλοκ και, παρακαλώ, έχετε έτοιμο ενισχυτή μπροστά σας. Αλλά εδώ θα μιλήσουμε για επιχειρησιακούς ενισχυτές, τη χρήση τους σε ερασιτεχνικά ραδιοφωνικά σχέδια.

Πιθανώς κανένας δεν θα συλλέξει στο σπίτι AVM και όλα τα είδη adders - διαφοροποιητές. Μια πολύ διαδεδομένη χρήση οπτικών ενισχυτών σε ενισχυτές, ανάμικτες και μόνο όταν η επισκευή διαφόρων ηλεκτρονικών συσκευών απαιτεί τουλάχιστον βασικές γνώσεις σχετικά με τους ενισχυτές λειτουργίας. Τι θα γραφτεί σε αυτό το άρθρο.

Πώς λειτουργούν οι ενισχυτές σε ηλεκτρικά κυκλώματα

Όπως όλα τα ραδιοφωνικά μέρη των λειτουργικών ενισχυτών επισημαίνονται στα διαγράμματα χρησιμοποιώντας συμβατικά γραφικά σύμβολα UGO. Οι ονομασίες μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές, αν και, γενικά, σημαίνουν το ίδιο πράγμα. Κατά την πρώτη γνωριμία με τα κυκλώματα των επιχειρησιακών ενισχυτών, προκύπτουν αμφιβολίες, ξαφνικά θα κάνω κάτι λάθος, ξαφνικά όλα θα καούν απλά.

Αν δεν λάβετε υπόψη την εσωτερική δομή των επιχειρησιακών ενισχυτών, παρεμπιπτόντως, η οποία είναι μάλλον πολύπλοκη με την πρώτη ματιά (αυτές είναι οι παραδόσεις των ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών), οι εξωτερικοί συνεργάτες φαίνονται απλοί και λογικοί. Η περαιτέρω περιγραφή θα αφορά μόνο τα εξωτερικά συμπεράσματα και τη χρήση τους σε διάφορα συστήματα.

Ένας σύγχρονος λειτουργικός ενισχυτής έχει συνήθως δύο εισόδους, μία έξοδο και δύο εξόδους για τη σύνδεση της ισχύος. Αυτό είναι το ελάχιστο "gentlemanly" σύνολο. Εκτός από τα παραπάνω συμπεράσματα, μπορεί να υπάρχουν συμπεράσματα για τη σύνδεση στοιχείων διόρθωσης συχνότητας, συμπεράσματα για εξισορρόπηση (μηδενική προσαρμογή στην έξοδο). Διάφορα UGOs για επιχειρησιακούς ενισχυτές φαίνονται στο Σχήμα 1. Εξετάστε τους όσο το δυνατόν λεπτομερέστερα.

Σχήμα 3

Στα Σχήματα 1α και 1β, οι περιπτώσεις του λειτουργικού ενισχυτή παρουσιάζονται με τη μορφή ενός ισοσκελούς τριγώνου. Ναι, αυτό δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια υπόθεση μικροκυκλώματος. Στην αριστερή πλευρά υπάρχουν 2 είσοδοι: αναστρέφοντας (υποδεικνύεται με μείον ή μικρό κύκλο) και μη αναστρέψιμο (που υποδεικνύεται με σύμβολο συν ή απλά σύρεται χωρίς κύκλο). Σημείωση: αν το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί σύμφωνα με τους "κανόνες καλού τόνου", τότε όλες οι είσοδοι βρίσκονται στα αριστερά και οι έξοδοι βρίσκονται στα δεξιά του εν λόγω στοιχείου.Βοηθητικά συμπεράσματα, για παράδειγμα, διόρθωση, διατροφή, μπορούν να εντοπιστούν όπως θέλετε.

Εδώ, ακριβώς στη δεξιά γωνία του τριγώνου υπάρχει μια έξοδος με την επιγραφή "Έξοδος", και τα τερματικά για τη σύνδεση της ισχύος, συνήθως δύο πολικά, εμφανίζονται πάνω και κάτω. Για να μην υπερφορτωθεί, μην ομίξετε τα συμπεράσματα του κυκλώματος, τα τροφοδοτικά ρεύματος δεν εμφανίζονται συχνά. Η ένταξή τους αναφέρεται απλώς στις σημειώσεις του σχεδίου.

Η περίπτωση του λειτουργικού ενισχυτή μπορεί να απεικονιστεί ως ορθογώνιο, όπως φαίνεται στο σχήμα 1γ. Όλα τα άλλα μέρη αυτού του σχήματος είναι τα ίδια όπως και στην περίπτωση τριγωνικής θήκης.

Περιβλήματα για λειτουργικούς ενισχυτές

Η σύγχρονη τεχνολογία ημιαγωγών έχει επιτύχει τέτοιες προόδους ότι ο αριθμός των δομών ημιαγωγών σε ένα περίβλημα απλά δεν μπορεί να μετρηθεί. Αρκεί να θυμηθούμε τους σύγχρονους μικροεπεξεργαστές, τον αριθμό των τρανζίστορ που ανέρχονται σε δισεκατομμύρια κομμάτια. Επομένως, για να τοποθετήσουμε σε μία περίπτωση αρκετοί επιχειρησιακοί ενισχυτές που περιέχουν μόνο μερικές δωδεκάδες τρανζίστορ είναι ακόμη και ένα πολύ απλό θέμα.

Σχήμα 4

Η θέση των τερματικών των λειτουργικών ενισχυτών διαφόρων τύπων στις ίδιες περιπτώσεις είναι η ίδια, γεγονός που καθιστά πολύ εύκολη την αντικατάστασή τους, ειδικά σε περιπτώσεις όπου οι λειτουργικοί ενισχυτές είναι εγκατεστημένοι σε υποδοχές - υποδοχές. Αλλά ταυτόχρονα, λειτουργικοί ενισχυτές του ίδιου τύπου μπορούν να γίνουν σε εντελώς διαφορετικές περιπτώσεις. Αυτή η ποικιλία απαιτείται σε συνθήκες μαζικής και μεγάλης κλίμακας παραγωγής κυρίως για την ευκολία ανάπτυξης πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων και για ολόκληρο το σχεδιασμό μιας ηλεκτρονικής συσκευής.

Το σχήμα 3 δείχνει τους λειτουργικούς ενισχυτές που κατασκευάζονται στις περιπτώσεις DIP8, DIP14.

Σχήμα 5

Το σχήμα 4 δείχνει έναν λειτουργικό ενισχυτή τύπου 4558 σε περίβλημα τύπου SIP-8 - ένα περίβλημα οκτώ ακίδων μίας σειράς.

Σχήμα 6

Επί του παρόντος, οι επιχειρησιακοί ενισχυτές σε SMD περιβλήματα κερδίζουν αυξανόμενη δημοτικότητα.

Σχήμα 7

Στο επόμενο άρθρο, θα εξετάσουμε τον ιδανικό επιχειρησιακό ενισχυτή, τις εισόδους και τις εξόδους του και μερικές βασικές ιδιότητες που θα είναι χρήσιμες στη διαδικασία της αυτο-ανάπτυξης και της παραγωγής (διαβάστε μόνο συγκόλληση στον ελεύθερο χρόνο σας) διαφόρων σχήματος "για την ψυχή". Και είναι πραγματικά καλό αν αντικατασταθεί η διαδικασία συγκόλλησης μη συγκολλημένες πλάκεςγια το οποίο το άρθρο έχει ήδη υπάρξει.

Συνέχεια του άρθρου:Ο ιδανικός επιχειρησιακός ενισχυτής

Μπόρις Αλαντίσκιν