Operationsverstärker - Typen, Bezeichnungen, Verstärkergehäuse

Ein bisschen Geschichte

Zunächst ein paar Worte darüber, was Operationsverstärker (Operationsverstärker) sind. Der Name selbst deutet darauf hin, dass einige Operationen mit ihrer Hilfe ausgeführt werden. Könnte es ein chirurgisches Instrument sein? Überhaupt nicht. Dieses Tool wurde entwickelt, um verschiedene mathematische Operationen auszuführen.

Anfangs wurden Operationsverstärker in analogen Computern (AVMs) verwendet, bei denen Informationen durch kontinuierliche Signale in Form von Strömen und Spannungen dargestellt wurden.

Obwohl AVMs jetzt der Vergangenheit angehören, analoge Signalevon verschiedenen Sensoren erhalten (z. B. Flüssigkeitsdruck oder Drehwinkel des Gaspedals) werden immer noch sehr häufig verwendet. Und davon gibt es einfach keinen Ausweg.

Am häufigsten werden analoge Signale unter Verwendung beispielsweise eines ADC in digitale Signale umgewandelt, und ihre weitere Verarbeitung wird digital unter Verwendung von Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern durchgeführt.

Lampen-Operationsverstärker

Zunächst wurden bei Röhren-AVMs mathematische Operationen an analogen Daten unter Verwendung spezieller Schaltungen durchgeführt, die als Operationsverstärker bezeichnet wurden. Natürlich waren die ersten Operationsverstärker Röhrenverstärker. Ihr Aussehen und Diagramm sind in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt.

Abbildung 1

Abbildung 2

Das Design des Operationsverstärkers geht aus der Abbildung hervor: Die gesamte Schaltung wurde in einem Gehäuse zusammengebaut und einfach mit einem Oktalsockel als einzelne Lampe in die Fassung eingesetzt. Die Elementbasis ist, wie aus Abbildung 2 ersichtlich, ein Lampenpaar - doppelte Trioden. Als ob nur 4 Transistoren.

Transistor-Operationsverstärker

Nach dem Aufkommen der Transistoren wurden Operationsverstärker in Form von Platinen mit Steckverbindern implementiert, und dieser Zustand hielt an, bis integrierte Schaltkreise erfunden wurden. Dies verbesserte den allgemeinen Zustand etwas und beraubte die Schaltung aller „Röhren“ -Nachteile: hoher Stromverbrauch und geringe Zuverlässigkeit aufgrund der begrenzten Lebensdauer der Lampe. Aber Transistor-Operationsverstärker hatten ihre Nachteile. Erstens waren ihre Dimensionen ziemlich groß, ich hätte gerne weniger.

Integrierte Operationsverstärker

Der erste integrierte Operationsverstärker µA702 wurde 1963 von Robert Widlar, einem Mitarbeiter von Fairchild Semiconductor, entwickelt. Das Gerät enthielt nur 9 Transistoren, kostete jedoch bis zu 300 US-Dollar, sodass es nur für Entwicklungen in der Militärindustrie verwendet werden konnte. Aber insgesamt war es ein großer Schritt nach vorne, eine der größten Entdeckungen in der Elektronik.

Bereits 1965 entwarf Robert Widlar den Operationsverstärker µA709, dessen Herstellung viel weniger kostete, für nur 10 US-Dollar. Und selbst ein solcher Preis erlaubte es nicht, es für Haushaltsgeräte zu verwenden, war aber für die industrielle Automatisierung usw. durchaus akzeptabel. Aufgaben.

1967 trat Widlar dem National Semiconductor bei, wo er unter seiner Führung den LM101 entwickelte, der die besten Eigenschaften aufwies. 1968 brachte Fairchild den µA741 auf den Markt, der über eine interne Frequenzkorrektur verfügte, wodurch sein Betrieb noch stabiler wurde - ein Operationsverstärker mit interner Korrektur neigt nicht zur Selbsterregung.

Wie schon gesagt Der Hauptzweck des Operationsverstärkers besteht darin, mathematische Operationen an analogen Variablen durchzuführen, die durch Spannungen (Summation, Integration, Multiplikation usw.) dargestellt werden. Später wurde jedoch klar, dass der Operationsverstärker ein sehr universelles Element ist und seine Anwendung einfach unbegrenzt ist: Signalverstärkung, aktive Frequenzfilter, Generatoren, Komparatoren und vieles mehr.

Jetzt werden Operationsverstärker in solchen Mengen hergestellt, dass es einfach unmöglich ist, auf ihre Verwendung zu verzichten. Darüber hinaus ist der Preis dieser elektronischen Produkte in einigen Fällen sehr niedrig und die Möglichkeiten sind sehr hoch. In einem Fall sind bereits mehrere Operationsverstärker untergebracht. Der Mikrostromverbrauch und ein sehr geringes internes Rauschen bringen echte Verstärker den idealen näher. All dies ermöglicht den Einsatz von Operationsverstärkern auch in professionellen Soundgeräten (Mehrkanalmischern), wodurch diese einfach unersetzbar werden.

Natürlich ist die Geschichte des Auftretens und der Entwicklung von Operationsverstärkern viel länger und wahrscheinlich interessanter, aber wir werden uns vorerst auf diese Informationen beschränken.

Operationsverstärkersymbole

Oder eine Geschichte über Dreiecke und Rechtecke

Die ersten Schritte im Amateurfunk beginnen in der Regel mit der Verwendung diskreter Transistoren, die erfahrene Experten oft mit Ironie oder im Gegenteil Respekt einfach als "locker" bezeichnen. Mit solchen Transistoren kann man fast alles machen, aber oft erfordert diese Aktivität eine ziemlich hohe Qualifikation des Darstellers.

Ein einfaches Beispiel: Das Einstellen eines hochwertigen UMZCH kann mehrere Sätze leistungsstarker, teurer Transistoren kosten. Um dies zu verhindern, müssen Sie über ausreichende Erfahrung im Bau solcher Geräte verfügen und verschiedene Schutzvorrichtungen in den Strom- und Lastkreisen verwenden. Im einfachsten Fall Glühlampen mit der entsprechenden Spannung und Leistung.

Viel schneller als die Endergebnisse auf Basis von "Verstärker" kann erreicht werden, wenn Sie den ULF in der integrierten Leistung verwenden. Fügen Sie einfach ein paar Widerstände, Kondensatoren, ein Netzteil, einen Timbralblock hinzu, und bitte haben Sie einen vorgefertigten Verstärker vor sich. Aber hier werden wir über Operationsverstärker sprechen, deren Verwendung in Amateurfunkdesigns.

Wahrscheinlich wird zu Hause niemand AVM und alle Arten von Addierern sammeln - Unterscheidungsmerkmale. Die weit verbreitete Verwendung von Operationsverstärkern in Verstärkern, Mischern und nur bei der Reparatur verschiedener elektronischer Geräte erfordert zumindest Grundkenntnisse über Operationsverstärker. Worüber wird in diesem Artikel geschrieben?

Wie Operationsverstärker in Stromkreisen angezeigt werden

Wie alle Funkteile sind Operationsverstärker in den Diagrammen mit UGO - konventionellen Grafiksymbolen gekennzeichnet. Bezeichnungen können sehr unterschiedlich sein, obwohl sie im Allgemeinen dasselbe bedeuten. Bei der ersten Bekanntschaft mit Schaltkreisen an Operationsverstärkern treten Zweifel auf, plötzlich werde ich etwas falsch machen, plötzlich brennt einfach alles aus.

Wenn Sie übrigens die auf den ersten Blick recht komplizierte interne Struktur von Operationsverstärkern nicht berücksichtigen (dies sind die Traditionen der integrierten Elektronik), sehen die Operatoren äußerlich einfach und logisch aus. Die weitere Beschreibung betrifft nur die externen Schlussfolgerungen und deren Verwendung in verschiedenen Schemata.

Ein moderner Operationsverstärker verfügt normalerweise über zwei Eingänge, einen Ausgang und zwei Ausgänge zum Anschließen der Leistung. Dies ist das minimale "Gentleman" -Set. Zusätzlich zu den obigen Schlussfolgerungen kann es Schlussfolgerungen zum Verbinden von Frequenzkorrekturelementen und Schlussfolgerungen zum Auswuchten geben (Nullpunktanpassung am Ausgang). In Abbildung 1 sind verschiedene UGOs für Operationsverstärker dargestellt. Betrachten Sie sie so detailliert wie möglich.

Abbildung 3

In den 1a und 1b sind die Fälle des Operationsverstärkers in Form eines gleichschenkligen Dreiecks gezeigt. Ja, dies ist nichts weiter als ein Mikroschaltungsgehäuse. Auf der linken Seite befinden sich 2 Eingänge: invertieren (angezeigt durch ein Minuszeichen oder einen kleinen Kreis) und nicht invertieren (angezeigt durch ein Pluszeichen oder einfach ohne Kreis gezeichnet). Hinweis: Wenn die Schaltung nach den „Regeln des guten Tons“ gezeichnet wird, befinden sich alle Eingänge links und die Ausgänge rechts vom betreffenden Element.Zusätzliche Schlussfolgerungen, z. B. Korrektur, Ernährung, können nach Belieben gefunden werden.

Hier, genau in der rechten Ecke des Dreiecks, befindet sich ein Ausgang mit der Aufschrift "Ausgang", und die Anschlüsse zum Anschließen der Stromversorgung, meistens zwei polare, sind oben und unten dargestellt. Um nicht zu überlasten, beschlagen Sie nicht die Schlussfolgerungen der Schaltung, Netzteile werden meistens nicht angezeigt. Ihr Beitritt ist lediglich in den Anmerkungen zum System angegeben.

Der Fall des Operationsverstärkers kann als Rechteck dargestellt werden, wie in Abbildung 1c dargestellt. Alle anderen Teile dieser Figur sind die gleichen wie im Fall eines dreieckigen Falles.

Gehäuse für Operationsverstärker

Die moderne Halbleitertechnologie hat solche Fortschritte erzielt, dass die Anzahl der Halbleiterstrukturen in einem Gehäuse einfach nicht gezählt werden kann. Es genügt, sich an moderne Mikroprozessoren zu erinnern, deren Anzahl von Transistoren Milliarden von Stücken beträgt. Daher ist es sogar sehr einfach, mehrere Operationsverstärker in einem Fall mit nur wenigen Dutzend Transistoren zu platzieren.

Abbildung 4

Die Position der Anschlüsse der Operationsverstärker verschiedener Typen in denselben Fällen ist dieselbe, was es sehr einfach macht, sie auszutauschen, insbesondere in Fällen, in denen die Operationsverstärker in Steckverbindern - Buchsen installiert sind. Gleichzeitig können Operationsverstärker des gleichen Typs in völlig unterschiedlichen Fällen hergestellt werden. Diese Vielfalt wird unter Massen- und Großserienbedingungen hauptsächlich für die Bequemlichkeit der Entwicklung von Leiterplatten und das gesamte Design eines elektronischen Geräts benötigt.

Abbildung 3 zeigt die Operationsverstärker, die in den Fällen DIP8, DIP14 hergestellt wurden.

Abbildung 5

Abbildung 4 zeigt einen Operationsverstärker vom Typ 4558 in einem Gehäuse vom Typ SIP-8 - ein einreihiges achtpoliges Gehäuse.

Abbildung 6

Derzeit werden Operationsverstärker in SMD-Gehäusen immer beliebter.

Abbildung 7

Im nächsten Artikel werden wir den idealen Operationsverstärker, seine Ein- und Ausgänge und einige grundlegende Eigenschaften betrachten, die für den Prozess der unabhängigen Entwicklung und Herstellung (lesen Sie einfach nur Löten nach Belieben) verschiedener Schemata "für die Seele" nützlich sind. Und es ist wirklich gut, wenn der Lötprozess ersetzt wird lötfreie Steckbretterüber die der Artikel schon war.

Fortsetzung des Artikels:Der ideale Operationsverstärker

Boris Aladyshkin