LM324: микросхемы, аналоги и характеристики

Содержание

К операционным усилителям бюджетного спектра относятся микросхемы LM324. Они отличаются прямым дифференциальным входом, компенсацией внутренних частот при разовом усилении и невозможностью короткого замыкания.

Один корпус микросхемы состоит из 4 не связанных друг с другом усилителей. Они отличаются своими преимуществами относительно типовых вариантов устройств, которые используются в конструкциях однополярного питания. Работа ОУ LM324 возможна в спектре напряжения источника электроэнергии 3-32 В. Есть 2 вида корпусов для выпуска этой микросхемы — SOIC и DIP.

Какими характеристиками обладает операционный усилитель LM324

Источник электропитания устройства должен иметь напряжение:

при наличии одного поля — от 3 до 32 В;
2 поля — 1,5 — 16 В.

Другие параметры:

усиление неизменного напряжения — 100 Дб;
внутренняя сила потребляемого тока — 700 мкА;
сила тока смещения на входе при компенсации температур — 45 нА;
напряжение смещения на входе — 2 мВ;
разброс синфазных напряжений входа ключает “землю”;
напряжение выхода — 1,5 В.

Показатели lm324 от различных производителей — чуть разнятся, так что, если вы планируете разрабатывать свои схемы, лучше внимательно прочитать технические документы на используемый прибор.

Характерные черты устройства lm324

Дифференциал напряжения на входе может достичь напряжения электропитания. У прибора нижний показатель спектра синфазного сигнала входа — меньше на 0,3 В. У входа и выхода предельный показатель равен 1,5 В.

Частота однократного увеличения fi со 100 КГц до 30 МГц, где усилительный коэффициент микросхемы становится равным 1. Продолжительность короткого выходного замыкания — не ограничивается.

Как работает устройство lm324n

Микросхема lm324n функционирует, благодаря находящимся внутри нее сразу 4 ОУ. У этих усилителей — общий источник электропитания. Они оснащены инвертирующими и не неинвертирующими входами, одним выходом. Возможно использование 1-полярного и 2-полярного источника.

Обратите внимание, как выглядит внутренняя схема операционного усилителя с однополярным. Она приведена в даташит к lm324n.

Обычно, в состав ОУ входит дифкаскад, промежуточные и выходные каскады.

Дифкаскад усиливает разность напряжений, поступающих на вход, и нейтрализует синфазные сигналы. Таким образом обеспечивается большое входное сопротивление.

Задача промежуточного каскада — обеспечить операционный баланс, то есть фиксацию нулевого напряжения выхода при замыкании входов. Другая функция заключается в том, чтобы согласовывать дифференциальное и выходное сопротивления, корректировать частоты.

Каскад выхода позволяет добиться небольшого выходного сопротивления, необходимой нагрузочной мощности, ограничить силу тока и предотвратить короткое замыкание.

Маркировка lm324n

Основу серии LM составляют интегральные микросхемы от производителя National Semiconductor. Эти две буквы обозначают линейность и монолитность (linear monolithic). Ими обозначают общие усилители без предъявления особых требований.

Число 324 обозначает номер серии микросхемы, буква “n” в конце свидетельствует о том, что производителем является National Semiconductor. Эта компания сохранила префикс LM для обозначения линеек своих изделий. Также она широко применяется другими изготовителями, выпускающими аналоги устройства.

У микросхем LM324 и lm324n — одни и те же физические электропараметры. Ряд производителей заканчивает маркировку буквой “n”, для обозначения корпусного материала. Им является пластик.

Уточним также, что изготовители предлагают все усилия для усовершенствования продукции. Поэтому сегодня возник ряд модификаций, которые по целому списку характеристик превзошли первоначальный вариант. К ним относятся:

LPV324, выполненные на основе технологии BiCMOS с потреблением 9 мкА;
LM324K, LM324KA с внутренним защитным элементом от электроразряда (HBM ESD);
LP324 с минимальной мощностью и потреблением 21 мкА;
LMV324, с минимальным напряжением электропитания в диапазоне 2,7 В — 5,5 В.

Если в маркировке усилителя есть буква “А”, значит, у них лучшие показатели напряжения. Один из таких примеров — LM324A-N.

Аналоги: чем заменить LM324

Существует 2 аналогичных по характеристикам российских устройства: 435УД2 и 1401УД2, и несколько зарубежных:

ULN4336N;
IR3702;
LA6324;
GL324;
HA17324;
TDB0124;
NJM2902D;
UA324;
MB3614;
SG324N;
UA324;
TA75902P.

Где применяется lm324n

Устройство так популярно благодаря использованию совместно с типовыми схемами обратной связи со знаком “-”. Оно актуально для изготовления разных приборов с большим количеством функций. Среди них:

Логарифмические усилители.
Дифференциаторы.
Интеграторы.
Сумматоры.
Демодуляторы.
Регуляторы амплитуды.
Генераторы.
Суммирующие и вычитающие устройства.

Прибор все время совершенствуют, создают новые конструкции, содержащие lm324. К ним относятся схемы двигательных датчиков освещения, терморегуляторов на инкубаторах, ИБП.

Как устроен усилитель lm324

Взгляните на простейшую схему прибора, который имеет обратную связь со знаком “минус”. Он именуется также повторителем напряжения и отличается усилительным коэффициентом напряжения, равным 1.

При идеальных условиях усилителем не может обеспечиваться усиление сигнала в любой степени, а напряжения на входе и выходе — совпадают. Иными словами, при подаче 5 В к входу ОУ, такой же показатель наблюдается у выхода.

Но найти идеальный усилитель крайне сложно. У настоящей микросхемы — немного другие показатели. На приведенном графике видно, как напряжение выхода зависит от той же характеристики на входе.

Область “А” демонстрирует, как меняется выходная фаза. Это возможно, когда возникает напряжение со знаком “минус” у входа. Результат будет негативным — устройство сломается. Кроме того, по графику заметен рост выходного напряжения усилителя, когда увеличивается входное.

Однако бесконечный рост напряжения невозможен, этот процесс ограничен напряжением электропитания устройства 5 В и его рабочей спецификой. Поэтому входные напряжения реально отличаются, сквозь них протекает ток минимальной силы, так что выходное напряжение будет не таким, как при подаче. На участке “С” графика заметен предел напряжения выхода, равный 3,9 В. При этом напряжение источника питания усилительной схемы равно 5 В.

Практика показывает, что большая часть электронных деталей обладает слабым током выхода. Это касается, к примеру, микрофона. Если к нему подключить деталь с низким сопротивлением, напряжение сигнала на выходе снизится.

В подобных ситуациях возможно применение повторителей с большим напряжением входа и малым — выхода. В итоге сигнал, который был подан на вход, не будет уменьшаться.

Распространение повторителя напряжения не так велико. Эта схема использования устройства — нетипична. ОУ используется при создании и усовершенствовании иных типовых решений, позволяющих работать современной электронике.

Как устроена светодиодная мигалка на основе lm324

Приведем простую схему, внутри которой происходит довольно плавное управление включением-выключением световых диодов. Мигалку оборудуют двумя дополнительными транзисторами. Имейте в виду: емкость конденсатора и основное сопротивление резистора напрямую влияют на быстроту переключений.

Кстати, на нашем сайте есть калькулятор цветовой маркировки резисторов.

Безопасное использование

Не каждый канал устройства — задействован в его работе. Те, которые не используются, нужно подключать без возможности влияния на остальные. Способы подключения не применяемых каналов указаны в даташит к устройству.

Есть условия, при которых выходное напряжение может стать инвертировано полярным, что вызывает поломку микросхемы. Это возможно в таких приборах, как компараторы и повторители напряжения. Во избежание возникновения напряжения со знаком “минус”, то есть запуска инверсионной фазы у входа, изготовители советуют установить к входу резистор. Подключение должно быть последовательным. Резистор, в свою очередь, ограничивает ток входа до 1 мА. Благодаря этой величине тока входа, снижается риск поломки прибора.

Не допускается подключение входов прямо на “землю”. Постоянно требуется добавка определенного сопротивления для ограничения тока до 10 мА и менее. Каждый контакт входа содержит диод между входом и ground. Если в схеме 2 источника электроэнергии, контакт с “землей” будет иметь знак минус.

Например, при включении, выключении, либо внезапной неисправности устройства, возможно появление знака “+” на “земляном” выводе. В таком случае через заземленный входной контакт протекает ток большой силы, приводящий к повреждению микросхемы.

Если добавить последовательный резистор с сопротивлением 1-10 кОм при входе, это помогает предотвратить поломку. Недопустимо подключать устройство к источнику электроэнергии, имеющему обратную полярность. Возможен перегрев и поломка lm324n.

Высокоточный термометр на основе lm324n

Основу прибора составляет температурный датчик. В данном случае, он является стабилитроном LM113. Его подключают к плечу моста измерения с определенным сопротивлением.

Микросхема состоит из двух операционных усилителей. Они обеспечивают стабилитрон-измеритель постоянной силой тока. Это нужно для того, чтобы напряжение стабилитрона зависело только от температурных колебаний.

Выходное напряжение ОУ является опорным. Смена напряжения диода после применения ОУ приводит к появлению пропорционального потенциала выхода устройства.

Потенциометр помогает задать минимальную температуру. Ее индикатором является амперметр, где стрелка полностью отклоняется на 1 мА., отклонение резисторов составляет максимуму 1%, температур — 0, 1 градус.

Как изготовить простой металлоискатель на lm324n своими руками

Предлагаем вашему вниманию схему элементарного металлического детектора, который может собрать даже школьник. Отметим, что у него — довольно высокие показатели.

В основе конструкции — одна микросхема с 4-мя операционными усилителями. У нее — довольно высокая чувствительность за счет колебательного генераторного контура. Он, в свою очередь, собран по типовой схеме на основе транзистора (VT1).

Резистор (R1) напрямую влияет на глубину обратной связи. Генератор находится в особом режиме быстрой реакции на прочность контура колебаний. Он, в свою очередь, влияет на глубину обнаружения металлических предметов устройством.

Металлы не различаются по магнитным характеристикам, но и серьезных требований к катушкам в плане жесткости — нет. Главное — собрать ее правильно. Стабильное напряжение, которое снимается с точки “А”, идет на 2-каскадный усилитель, состоящий из 2 ОУ. Они, в свою очередь, находятся в составе микросхемы. Подключите конденсатор не к основному проводу, а к “+” питания, чтобы избежать связи в обратном направлении с этим знаком.

В конструкции нужно использовать 2 диода из кремния, где протекает небольшой обратный ток. Они помогают быстро восстанавливать режимы усилителя, если найдены крупные предметы из металла.

Металлоискатель необходимо настроить. Для этого нужно использовать не постоянный резистор, а переменный, сопротивление которого равно 10 кОм. Положение его движка должно соответствовать наибольшему сопротивлению. Если оно уменьшается, то же самое происходит с напряжением в точке “А”. В определенное время этот процесс остановится, начнется, наоборот, увеличение. Нужно запомнить, когда будет достигнут минимум напряжения в этой точки, узнать, какое при этом сопротивление у переменного резистора и в обязательном порядке установить постоянный, с таким же показателем.

Генератор должен находиться на обособленной плате, рядом с катушкой и состоять только из прецизионных деталей. Не важно, каково устройство транзистора, он может быть германиевый с небольшим усилением, либо иметь переходы p-n-p. Подберите конденсатор, согласно уровню чувствительности контура, с емкостью от 5 до 20 нФ. Возможен положительный результат при подключении одного из конденсаторов к основному проводу, а не обмотке.

Приобрести операционный усилитель LM324 можно по ссылке на AliExpress.