Amplificadores operacionais - tipos, designações, caixas de amplificadores

Um pouco de história

Primeiro, algumas palavras sobre o que são amplificadores operacionais (amplificadores operacionais). O próprio nome sugere que algumas operações sejam executadas com sua ajuda. Poderia ser um instrumento cirúrgico? Nem um pouco. Esta ferramenta foi projetada para executar várias operações matemáticas.

Inicialmente, os amplificadores operacionais eram usados ​​em computadores analógicos (AVMs), nos quais as informações eram representadas por sinais contínuos na forma de correntes e tensões.

Embora os AVMs agora sejam coisa do passado, sinais analógicosobtidos de vários sensores (por exemplo, pressão do fluido ou ângulo de rotação do pedal do acelerador) ainda são amplamente utilizados. E simplesmente não há para onde ir disso.

Na maioria das vezes, os sinais analógicos são convertidos em digitais usando, por exemplo, um ADC, e seu processamento adicional é realizado digitalmente usando microprocessadores ou microcontroladores.

Amplificadores operacionais de lâmpadas

Primeiro, AVMs de tubo fixo, operações matemáticas em dados analógicos foram realizadas usando circuitos especiais, chamados de amplificadores operacionais. Naturalmente, os primeiros amplificadores operacionais foram amplificadores valvulados. Sua aparência e diagrama são mostrados nas Figuras 1 e 2.

Figura 1

Figura 2

O design do amplificador operacional é claro a partir da figura: todo o circuito foi montado em um compartimento e simplesmente inserido no soquete usando uma base octal como uma única lâmpada. A base elementar, como se segue na Figura 2, é um par de lâmpadas - triodos duplos. Como se apenas 4 transistores.

Amplificadores operacionais de transistor

Após o advento dos transistores, os amplificadores operacionais começaram a ser implementados na forma de placas com conectores, e esse estado de coisas continuou até a invenção dos circuitos integrados. Isso melhorou um pouco o estado geral das coisas, privou o circuito de todas as desvantagens do "tubo": alto consumo de energia e baixa confiabilidade devido à vida útil limitada da lâmpada. Mas os amplificadores operacionais de transistor tiveram suas desvantagens. Antes de tudo, suas dimensões eram bastante grandes, eu gostaria menos.

Amplificadores operacionais integrados

O primeiro amplificador operacional integrado µA702 foi desenvolvido em 1963 por Robert Widlar, um funcionário da Fairchild Semiconductor. O dispositivo continha apenas 9 transistores, mas custou até US $ 300, o que permitiu que ele fosse usado apenas em desenvolvimentos para a indústria militar. Mas, no geral, foi um grande passo em frente, uma das maiores descobertas em eletrônica.

Já em 1965, Robert Widlar projetou o amplificador operacional µA709, que custa muito menos para fabricar, por apenas US $ 10. E mesmo esse preço não permitia que fosse usado em eletrodomésticos, mas era bastante aceitável para automação industrial etc. tarefas.

Em 1967, Widlar ingressou na National Semiconductor, onde, sob sua liderança, desenvolveu o LM101, que possuía as melhores características. Em 1968, a Fairchild lançou o µA741, que possuía correção interna de frequência, o que tornava sua operação ainda mais estável - um amplificador operacional com correção interna não é propenso a auto-excitação.

Como ja disse o principal objetivo do amplificador operacional é executar operações matemáticas em variáveis ​​analógicas representadas por tensões (somatório, integração, multiplicação, etc.). Mais tarde, porém, ficou claro que o amplificador operacional é um elemento muito universal e sua aplicação é simplesmente ilimitada: amplificação de sinal, filtros de frequência ativos, geradores, comparadores e muito mais

Agora, os amplificadores operacionais são produzidos em quantidades que são simplesmente impossíveis de fazer sem a sua utilização. Além disso, em alguns casos o preço desses produtos eletrônicos é muito baixo e as possibilidades são muito altas. Vários amplificadores operacionais já estão alojados em um caso, o consumo de micro-potência e um nível muito baixo de ruído interno aproximam os amplificadores reais dos ideais. Tudo isso permite o uso de amplificadores operacionais, mesmo em equipamentos de som profissionais (mixers multicanal), tornando-os simplesmente insubstituíveis.

Obviamente, a história da aparência e desenvolvimento de amplificadores operacionais é muito mais longa e, provavelmente, mais interessante, mas por enquanto nos limitaremos a essa informação.

Símbolos do amplificador operacional

Ou uma história sobre triângulos e retângulos

Os primeiros passos no rádio amador começam, via de regra, com o uso de transistores discretos, que, com certa ironia ou, pelo contrário, respeito, especialistas experientes simplesmente chamam de "soltos". Em tais transistores, você pode fazer quase qualquer coisa, mas muitas vezes essa ocupação exige uma qualificação bastante alta do artista.

Um exemplo simples: ajustar um UMZCH de alta qualidade pode custar vários conjuntos de transistores caros e poderosos. Para impedir que isso aconteça, você deve ter experiência suficiente na construção desses dispositivos, usar vários dispositivos de proteção nos circuitos de energia e carga. No caso mais simples, lâmpadas incandescentes da tensão e potência correspondentes.

Muito mais rápido que os resultados finais com base no "amplificador" podem ser alcançados se você usar o ULF no desempenho integrado. Acabei de adicionar alguns resistores, capacitores, fonte de alimentação, bloco de timbral e, por favor, você tem um amplificador pronto à sua frente. Mas aqui falaremos sobre amplificadores operacionais, seu uso em projetos de rádio amador.

Provavelmente ninguém coletará em casa o AVM e todos os tipos de adicionadores - diferenciadores. Um uso muito difundido de amplificadores operacionais em amplificadores, mixers e apenas ao reparar vários equipamentos eletrônicos exigirá pelo menos conhecimento básico sobre amplificadores operacionais. O que será escrito neste artigo.

Como os amplificadores operacionais são indicados em circuitos elétricos

Como todas as partes de rádio dos amplificadores operacionais são indicadas nos diagramas usando UGO - símbolos gráficos convencionais. As designações podem ser muito diversas, embora, em geral, signifiquem a mesma coisa. No primeiro contato com os circuitos nos amplificadores operacionais, surgem dúvidas, de repente farei algo errado, de repente tudo simplesmente queimará.

Se você não levar em conta a estrutura interna dos amplificadores operacionais, que, a propósito, é bastante complicada à primeira vista (essas são as tradições da eletrônica integrada), exteriormente os operadores parecem simples e lógicos. A descrição adicional dirá respeito apenas às conclusões externas e seu uso em vários esquemas.

Um amplificador operacional moderno geralmente possui duas entradas, uma saída e duas saídas para conectar a energia. Este é o conjunto mínimo "cavalheiresco". Além das conclusões acima, pode haver conclusões para conectar elementos de correção de frequência, conclusões para balanceamento (ajuste zero na saída). Vários UGOs para amplificadores operacionais são mostrados na Figura 1. Considere-os o mais detalhado possível.

Figura 3

Nas Figuras 1a e 1b, os casos do amplificador operacional são mostrados na forma de um triângulo isósceles. Sim, isso não passa de um gabinete de microcircuito. No lado esquerdo, existem 2 entradas: inversão (indicada por um sinal de menos ou um pequeno círculo) e não inversão (indicada por um sinal de adição ou simplesmente desenhada sem um círculo). Nota: se o circuito for desenhado de acordo com as “regras do bom tom”, todas as entradas estarão à esquerda e as saídas à direita do elemento em questão.Conclusões auxiliares, por exemplo, correção, nutrição, podem ser localizadas como você desejar.

Aqui, no canto direito do triângulo, há uma saída com a inscrição "Saída", e acima e abaixo das conclusões são mostradas para conectar a fonte de alimentação, na maioria das vezes duas polares. Para não sobrecarregar, não embaça as conclusões do circuito, as fontes de alimentação geralmente não são mostradas. Sua adesão é indicada simplesmente nas notas ao esquema.

O caso de um amplificador operacional pode ser representado como um retângulo, como mostra a Figura 1c. Todas as outras partes desta figura são iguais às de uma caixa triangular.

Caixas para amplificadores operacionais

A moderna tecnologia de semicondutores alcançou tais avanços que o número de estruturas de semicondutores em um gabinete simplesmente não pode ser contado. Basta lembrar os microprocessadores modernos, o número de transistores em que equivale a bilhões de peças. Portanto, é muito simples colocar vários amplificadores operacionais em um caso contendo apenas algumas dezenas de transistores.

Figura 4

A localização dos terminais dos amplificadores operacionais de vários tipos nos mesmos casos é a mesma, o que facilita muito a substituição deles, principalmente nos casos em que os amplificadores operacionais são instalados em conectores - soquetes. Mas, ao mesmo tempo, amplificadores operacionais do mesmo tipo podem ser fabricados em casos completamente diferentes. Essa variedade é necessária em condições de produção em massa e em larga escala, principalmente para a conveniência de desenvolver placas de circuito impresso e todo o design de um dispositivo eletrônico.

A Figura 3 mostra os amplificadores operacionais fabricados nos casos DIP8, DIP14.

Figura 5

A Figura 4 mostra um amplificador operacional do tipo 4558 em um gabinete do tipo SIP-8 - um gabinete de linha única de oito pinos.

Figura 6

Atualmente, os amplificadores operacionais em gabinetes SMD estão ganhando popularidade crescente.

Figura 7

No próximo artigo, consideraremos o amplificador operacional ideal, suas entradas e saídas e algumas propriedades básicas que são úteis no processo de desenvolvimento e fabricação independentes (leia-se apenas soldando à vontade) de vários esquemas "para a alma". E é muito bom se o processo de solda for substituído tábuas de pão sem soldasobre o qual o artigo já foi.

Continuação do artigo:O amplificador operacional ideal

Boris Aladyshkin