Operaatiovahvistimet - tyypit, nimitykset, vahvistinkotelot

Hieman historiaa

Ensin muutama sana siitä, mitkä operatiiviset vahvistimet (op-vahvistimet) ovat. Itse nimi viittaa siihen, että jotkut toimenpiteet suoritetaan heidän avulla. Voisiko se olla kirurginen instrumentti? Ei ollenkaan. Tämä työkalu on suunniteltu suorittamaan erilaisia ​​matemaattisia toimintoja.

Aluksi operaatiovahvistimia käytettiin analogisissa tietokoneissa (AVM), joissa tietoa edustavat jatkuvat signaalit virran ja jännitteen muodossa.

Vaikka AVM: t ovat nyt menneisyyttä, analogiset signaalitErilaisista antureista (esimerkiksi nestepaine tai kaasupolkimen pyörimiskulma) saatuja tuloksia käytetään edelleen erittäin laajasti. Ja tästä ei yksinkertaisesti ole mitään.

Useimmiten analogiset signaalit muunnetaan digitaaliseksi, esimerkiksi ADC: n avulla, ja niiden jatkokäsittely suoritetaan digitaalisesti mikroprosessoreilla tai mikrokontrollereilla.

Valaisimen toimintavahvistimet

Ensin, edelleen putken AVM: t, matemaattiset operaatiot analogiselle datalle suoritettiin käyttämällä erityisiä piirejä, joita kutsuttiin operaatiovahvistimiksi. Luonnollisesti ensimmäiset operaatiovahvistimet olivat putkivahvistimia. Niiden ulkonäkö ja kaavio on esitetty kuvioissa 1 ja 2.

Kuvio 1

Kuvio 2

Operaatiovahvistimen suunnittelu on selvä kuvasta: koko piiri koottiin yhteen koteloon ja työnnettiin yksinkertaisesti pistorasiaan käyttämällä oktaalialustaa yhtenä lampuna. Alkuperäinen pohja, kuten kuviosta 2 seuraa, on pari lamppuja - kaksinkertaisia ​​triodeja. Ikään kuin vain 4 transistoria.

Transistorin operaatiovahvistimet

Transistorien tulon jälkeen operaatiovahvistimet alettiin toteuttaa liittimillä varustettujen levyjen muodossa, ja tilanne jatkui, kunnes keksittiin integroituja piirejä. Tämä paransi jonkin verran yleistä tilannetta, riitti piiriltä kaikki "putken" haitat: suuri virrankulutus ja alhainen luotettavuus lampun rajoitetun käyttöiän takia. Mutta transistori op-vahvistimilla oli haittoja. Ensinnäkin niiden mitat olivat melko suuret, haluaisin vähemmän.

Integroidut operaatiovahvistimet

Ensimmäisen integroidun toimintavahvistimen µA702 kehitti Fairchild Semiconductor -työntekijä Robert Widlar vuonna 1963. Laite sisälsi vain 9 transistoria, mutta se maksoi jopa 300 dollaria, mikä salli sen käytön vain sotilasalan kehitykseen. Mutta kaiken kaikkiaan se oli valtava askel eteenpäin, yksi suurimmista elektroniikan löytöistä.

Jo vuonna 1965 Robert Widlar suunnitteli µA709 -operaattorin, jonka valmistus maksoi paljon vähemmän, vain 10 dollarilla. Ja jopa tällainen hinta ei sallinut sen käyttämistä kodinkoneissa, mutta se oli melko hyväksyttävä teollisuuden automaatioon jne. tehtäviä.

Vuonna 1967 Widlar liittyi National Semiconductoriin, missä hänen johdollaan he kehittivät LM101: n, jolla oli parhaat ominaisuudet. Fairchild julkaisi vuonna 1968 µA741: n, jolla oli sisäinen taajuuskorjaus, mikä teki sen toiminnasta entistä vakaamman - operaatiovahvistimella, jolla on sisäinen korjaus, ei ole taipumusta omaherätykseen.

Kuten jo sanottiin Operaatiovahvistimen päätarkoitus on suorittaa matemaattiset toimenpiteet analogisille muuttujille, joita jännitteet edustavat (summaus, integraatio, kertolasku jne.). Mutta myöhemmin kävi selväksi, että op-vahvistin on erittäin universaali elementti ja sen käyttö on yksinkertaisesti rajaton: signaalin vahvistus, aktiiviset taajuussuodattimet, generaattorit, komparaattorit ja paljon muuta.

Nyt operaatiovahvistimia valmistetaan niin paljon, että on yksinkertaisesti mahdotonta tehdä ilman niiden käyttöä. Lisäksi näiden elektronisten tuotteiden hinta on joissain tapauksissa erittäin alhainen, ja mahdollisuudet ovat erittäin korkeat. Useita operaatiovahvistimia on jo sijoitettu yhteen koteloon, mikrovirrankulutus ja erittäin alhainen oma melutaso tuovat todelliset vahvistimet lähemmäksi ihanteellisia. Kaikki tämä mahdollistaa operaatiovahvistimien käytön jopa ammattimaisissa äänilaitteissa (monikanavaiset sekoittimet), mikä tekee niistä yksinkertaisesti korvaamattomia.

Tietenkin, operaatiovahvistimien ulkonäön ja kehityksen historia on paljon pidempi ja luultavasti mielenkiintoisempi, mutta nyt rajoitamme tähän tietoon.

Operaatiovahvistimen symbolit

Tai tarina kolmioista ja suorakulmioista

Amatööriradion ensimmäiset vaiheet alkavat pääsääntöisesti erillisten transistorien käytöllä, joita kokeneet asiantuntijat usein kutsuvat "löysiksi", usein usein jonkin verran ironista tai päinvastoin kunnioittavana. Tällaisilla transistoreilla voit tehdä melkein mitä tahansa, mutta usein tämä ammatti vaatii esiintyjän melko korkean pätevyyden.

Yksinkertainen esimerkki: korkealaatuisen UMZCH-viritys voi maksaa useita tehokkaita kalliita transistoreita. Jotta tämä ei tapahdu, sinulla on oltava riittävä kokemus tällaisten laitteiden rakentamisesta, käytä erilaisia ​​suojalaitteita virta- ja kuormapiireissä. Yksinkertaisimmassa tapauksessa hehkulamput, joilla on vastaava jännite ja teho.

"Vahvistimen" perusteella lopputuloksia voidaan saavuttaa paljon nopeammin, jos käytät ULF: ää integroidussa suorituskyvyssä. Lisäsimme vain muutaman vastuksen, kondensaattorin, virtalähteen, timbralohkon ja pyydämme, että edessäsi on valmis vahvistin. Mutta tässä puhutaan operaatiovahvistimista, niiden käytöstä amatööriradiosuunnittelussa.

Todennäköisesti kukaan ei kerää kotona AVM: ää ja kaikenlaisia ​​lisälaitteita - erottelijoita. Op-ampeerien erittäin laaja käyttö vahvistimissa, sekoittimissa ja vain erilaisten elektronisten laitteiden korjaamisessa vaatii ainakin perustiedot toimintavahvistimista. Mistä tässä artikkelissa kirjoitetaan.

Kuinka operaatiovahvistimet ilmoitetaan sähköisissä piireissä

Kuten kaikki operaatiovahvistimien radio-osat, on merkitty kaavioihin käyttämällä UGO - tavanomaisia ​​graafisia symboleja. Nimitykset voivat olla hyvin erilaisia, vaikka yleensä ne tarkoittavat samaa. Ensimmäisessä tutustumisessa operaatiovahvistimien piireihin ilmenee epäilyksiä, yhtäkkiä teen jotain väärin, yhtäkkiä kaikki vain palaa.

Jos et muuten ota huomioon operaatiovahvistimien sisäistä rakennetta, joka on ensi silmäyksellä melko monimutkainen (nämä ovat integroidun elektroniikan perinteitä), ulkoisesti operaattorit näyttävät yksinkertaiselta ja loogiselta. Lisäkuvaus koskee vain ulkoisia päätelmiä ja niiden käyttöä erilaisissa järjestelmissä.

Nykyaikaisessa operaatiovahvistimessa on yleensä kaksi tuloa, yksi lähtö ja kaksi lähtöä virran kytkemiseksi. Tämä on minimi "herrasmieskäs". Yllä olevien päätelmien lisäksi voi olla johtopäätöksiä taajuuskorjauselementtien kytkemisestä, päätelmiä tasapainottamiseksi (nolla-säätö ulostulossa). Kuvassa 1 on esitetty erilaisia ​​operaatiovahvistimien UGO-laitteita. Pidä niitä mahdollisimman yksityiskohtaisina.

Kuvio 3

Kuvioissa 1a ja 1b operaatiovahvistimen tapaukset on esitetty tasakulmaisen kolmion muodossa. Kyllä, tämä ei ole muuta kuin mikrosirupiiri. Vasemmalla puolella on 2 tuloa: käänteinen (merkitty miinusmerkillä tai pienellä ympyrällä) ja ei-käänteinen (merkitty plusmerkillä tai yksinkertaisesti piirretty ilman ympyrää). Huomaa: jos piiri piirretään ”hyvän äänen sääntöjen” mukaisesti, kaikki tulot ovat vasemmalla puolella ja lähdöt ovat kyseisen elementin oikealla puolella.Apupäätelmät, esimerkiksi korjaus, ravitsemus, voivat sijaita haluamallasi tavalla.

Täällä, juuri kolmion oikeassa kulmassa on lähtö, jossa on merkintä "Output", ja virran kytkentäliittimet, useimmiten kaksi napaista, on esitetty ylä- ja alapuolella. Jotta ylikuormitus ei aiheutuisi, älä sumuta piirin päätelmiä, virtalähteitä ei useimmiten näytetä. Heidän liittymisensä ilmoitetaan yksinkertaisesti järjestelmän huomautuksissa.

Operaatiovahvistimen tapaus voidaan kuvata suorakulmiona, kuten kuvassa 1c esitetään. Tämän kuvan kaikki muut osat ovat samat kuin kolmion tapauksessa.

Kotelot operaatiovahvistimille

Nykyaikaisella puolijohdeteknologialla on saavutettu sellainen edistysaskel, että puolijohderakenteiden lukumäärää yhdessä kotelossa ei yksinkertaisesti voida laskea. Riittää, kun muistetaan modernit mikroprosessorit, joiden transistorien lukumäärä on miljardeja kappaleita. Siksi on jopa erittäin helppoa sijoittaa useita operaatiovahvistimia yhdessä tapauksessa, joka sisältää vain muutama tusina transistoria.

Kuvio 4

Eri tyyppisten operaatiovahvistimien liittimien sijainti on samoissa tapauksissa sama, mikä tekee niistä vaihtamisen erittäin helpoksi, etenkin tapauksissa, joissa operaatiovahvistimet on asennettu liittimiin - pistorasioihin. Mutta samaan aikaan samantyyppisiä operaatiovahvistimia voidaan valmistaa täysin erilaisissa tapauksissa. Tätä lajiketta vaaditaan massa- ja laajamittaisen tuotannon olosuhteissa pääasiassa painettujen piirilevyjen ja koko elektroniikkalaitteen suunnittelun helpottamiseksi.

Kuvio 3 esittää operaatiovahvistimet, jotka on valmistettu DIP8, DIP14 tapauksissa.

Kuvio 5

Kuvio 4 esittää 4558-tyyppistä operaatiovahvistinta SIP-8-tyyppisessä kotelossa - yksirivinen kahdeksanastainen kotelo.

Kuvio 6

Tällä hetkellä SMD-koteloiden operaatiovahvistimet ovat kasvussa.

Kuvio 7

Seuraavassa artikkelissa tarkastelemme ihanteellista operaatiovahvistinta, sen tuloja ja lähdöitä sekä joitain perusominaisuuksia, jotka ovat hyödyllisiä "sielulle" suunnitelmien itsenäisen kehittämisen ja valmistuksen (lue vain juottaminen rauhassa) prosessissa. Ja on todella hyvä, jos juotosprosessi korvataan juottomat leipälaudatjosta artikkeli on jo ollut.

Artikkelin jatko:Ihanteellinen operaatiovahvistin

Boris Aladyshkin