Bộ khuếch đại hoạt động - các loại, chỉ định, vỏ khuếch đại

Một chút lịch sử

Đầu tiên, một vài từ về bộ khuếch đại hoạt động (op amps) là gì. Tên của chính nó gợi ý rằng một số hoạt động được thực hiện với sự giúp đỡ của họ. Nó có thể là một dụng cụ phẫu thuật? Không hề. Công cụ này được thiết kế để thực hiện các hoạt động toán học khác nhau.

Ban đầu, các bộ khuếch đại hoạt động được sử dụng trong các máy tính tương tự (AVM), trong đó thông tin được thể hiện bằng các tín hiệu liên tục dưới dạng dòng điện và điện áp.

Mặc dù AVM giờ chỉ còn là quá khứ, tín hiệu tương tựthu được từ các cảm biến khác nhau (ví dụ, áp suất chất lỏng hoặc góc quay của bàn đạp ga) vẫn được sử dụng rất rộng rãi. Và ở đó, đơn giản là không có nơi nào để đi từ đây.

Thông thường, các tín hiệu tương tự được chuyển đổi sang kỹ thuật số bằng cách sử dụng ADC, và việc xử lý tiếp theo của chúng được thực hiện bằng kỹ thuật số bằng bộ vi xử lý hoặc bộ vi điều khiển.

Bộ khuếch đại hoạt động đèn

Đầu tiên, vẫn là AVM ống, các hoạt động toán học trên dữ liệu tương tự được thực hiện bằng các mạch đặc biệt, được gọi là bộ khuếch đại hoạt động. Đương nhiên, các bộ khuếch đại hoạt động đầu tiên là các bộ khuếch đại ống. Sự xuất hiện và sơ đồ của chúng được thể hiện trong Hình 1 và 2.

Hình 1

Hình 2

Thiết kế của bộ khuếch đại hoạt động rõ ràng trong hình: toàn bộ mạch được lắp ráp trong một vỏ và chỉ cần lắp vào ổ cắm bằng cách sử dụng đế bát phân như một đèn đơn. Cơ sở nguyên tố, như sau trong Hình 2, là một cặp đèn - đôi sinh học. Như thể chỉ có 4 bóng bán dẫn.

Bộ khuếch đại hoạt động của bóng bán dẫn

Sau sự ra đời của bóng bán dẫn, các bộ khuếch đại hoạt động bắt đầu được thực hiện dưới dạng bảng có đầu nối, và tình trạng này tiếp tục cho đến khi các mạch tích hợp được phát minh. Điều này phần nào cải thiện tình trạng chung, làm mất mạch của tất cả các nhược điểm của ống ống: tiêu thụ điện năng cao và độ tin cậy thấp do tuổi thọ bóng đèn hạn chế. Nhưng bóng bán dẫn op amps có nhược điểm của họ. Trước hết, kích thước của chúng khá lớn, tôi muốn ít hơn.

Bộ khuếch đại hoạt động tích hợp

Bộ khuếch đại hoạt động tích hợp đầu tiên trên đỉnhAA702 được phát triển vào năm 1963 bởi Robert Widlar, một nhân viên của Công ty bán dẫn Fairchild. Thiết bị này chỉ chứa 9 bóng bán dẫn, nhưng nó có giá tới 300 đô la, cho phép nó chỉ được sử dụng trong các phát triển cho ngành công nghiệp quân sự. Nhưng nhìn chung, đó là một bước tiến lớn, một trong những khám phá vĩ đại nhất trong ngành điện tử.

Ngay trong năm 1965, Robert Widlar đã thiết kế bộ khuếch đại hoạt động của PatrickA709, chi phí sản xuất ít hơn nhiều, chỉ với 10 đô la. Và thậm chí mức giá như vậy không cho phép nó được sử dụng cho các thiết bị gia dụng, nhưng hoàn toàn chấp nhận được đối với tự động hóa công nghiệp, v.v. nhiệm vụ.

Năm 1967, Widlar gia nhập Công ty bán dẫn quốc gia, nơi dưới sự lãnh đạo của ông, họ đã phát triển LM101, nơi có những đặc điểm tốt nhất. Vào năm 1968, Fairchild đã phát hành bản váA741, có hiệu chỉnh tần số bên trong, giúp cho hoạt động của nó thậm chí ổn định hơn - một bộ khuếch đại hoạt động với hiệu chỉnh bên trong không dễ bị kích thích.

Như đã nói mục đích chính của bộ khuếch đại hoạt động là để thực hiện các hoạt động toán học trên các biến tương tự được biểu thị bằng điện áp (tổng, tích hợp, nhân, v.v.). Nhưng sau đó, rõ ràng op-amp là một yếu tố rất phổ biến và ứng dụng của nó đơn giản là vô hạn: khuếch đại tín hiệu, bộ lọc tần số hoạt động, máy phát điện, bộ so sánh và nhiều hơn nữa.

Bây giờ các bộ khuếch đại hoạt động được sản xuất với số lượng lớn đến mức không thể làm được nếu không sử dụng chúng. Ngoài ra, giá của các sản phẩm điện tử này trong một số trường hợp rất thấp, và khả năng rất cao. Một số bộ khuếch đại hoạt động đã được đặt trong một vỏ, tiêu thụ năng lượng vi mô và mức nhiễu rất thấp mang bộ khuếch đại thực đến gần hơn với bộ khuếch đại lý tưởng. Tất cả điều này cho phép sử dụng các bộ khuếch đại hoạt động ngay cả trong các thiết bị âm thanh chuyên nghiệp (máy trộn đa kênh), khiến chúng chỉ đơn giản là không thể thay thế.

Tất nhiên, lịch sử xuất hiện và phát triển của các bộ khuếch đại hoạt động dài hơn nhiều và có lẽ, thú vị hơn, nhưng bây giờ chúng tôi sẽ giới hạn bản thân trong thông tin này.

Biểu tượng khuếch đại hoạt động

Hoặc một câu chuyện về hình tam giác và hình chữ nhật

Các bước đầu tiên trong đài phát thanh nghiệp dư bắt đầu, như một quy luật, với việc sử dụng các bóng bán dẫn rời rạc, thường, với một số điều trớ trêu hoặc, ngược lại, tôn trọng, các chuyên gia có kinh nghiệm chỉ đơn giản gọi là "lỏng lẻo". Trên các bóng bán dẫn như vậy bạn có thể làm hầu hết mọi thứ, nhưng thường thì nghề nghiệp này đòi hỏi trình độ chuyên môn khá cao của người biểu diễn.

Một ví dụ đơn giản: điều chỉnh UMZCH chất lượng cao có thể tiêu tốn một vài bộ bóng bán dẫn đắt tiền mạnh mẽ. Để ngăn chặn điều này xảy ra, bạn phải có đủ kinh nghiệm xây dựng các thiết bị đó, sử dụng các thiết bị bảo vệ khác nhau trong các mạch điện và tải. Trong trường hợp đơn giản nhất, đèn sợi đốt của điện áp và công suất tương ứng.

Nhanh hơn nhiều so với kết quả cuối cùng trên cơ sở "bộ khuếch đại" có thể đạt được nếu bạn sử dụng ULF trong hiệu suất tích hợp. Chỉ cần thêm một vài điện trở, tụ điện, nguồn điện, khối thời gian và, xin vui lòng, bạn có một bộ khuếch đại làm sẵn trước mặt. Nhưng ở đây chúng ta sẽ nói về các bộ khuếch đại hoạt động, sử dụng chúng trong các thiết kế radio nghiệp dư.

Có lẽ không ai sẽ thu thập tại nhà AVM và tất cả các loại trình bổ sung - phân biệt. Việc sử dụng op-amps rất rộng rãi trong các bộ khuếch đại, bộ trộn và chỉ khi sửa chữa các thiết bị điện tử khác nhau sẽ cần ít nhất kiến ​​thức cơ bản về bộ khuếch đại hoạt động. Điều gì sẽ được viết về bài viết này.

Làm thế nào các bộ khuếch đại hoạt động được chỉ định trên các mạch điện

Giống như tất cả các bộ phận vô tuyến của bộ khuếch đại hoạt động được chỉ định trên sơ đồ sử dụng UGO - ký hiệu đồ họa thông thường. Chỉ định có thể rất đa dạng, mặc dù, nói chung, chúng có nghĩa là cùng một điều. Lần đầu làm quen với các mạch trên bộ khuếch đại hoạt động, nghi ngờ xuất hiện, đột nhiên tôi sẽ làm gì đó sai, đột nhiên mọi thứ đơn giản sẽ bùng cháy.

Nếu bạn không tính đến cấu trúc bên trong của các bộ khuếch đại hoạt động, thì thoạt nhìn, nó khá phức tạp (đây là những truyền thống của thiết bị điện tử tích hợp), bề ngoài các bộ phận hoạt động trông đơn giản và hợp lý. Mô tả thêm sẽ chỉ liên quan đến các kết luận bên ngoài và việc sử dụng chúng trong các đề án khác nhau.

Một bộ khuếch đại hoạt động hiện đại thường có hai đầu vào, một đầu ra và hai đầu ra để kết nối nguồn. Đây là bộ "quý ông" tối thiểu. Ngoài các kết luận trên, có thể có kết luận cho việc kết nối các yếu tố điều chỉnh tần số, kết luận để cân bằng (điều chỉnh bằng 0 ở đầu ra). Các UGO khác nhau cho các bộ khuếch đại hoạt động được hiển thị trong Hình 1. Xem xét chúng càng chi tiết càng tốt.

Hình 3

Trong hình 1a và 1b, các trường hợp của bộ khuếch đại hoạt động được hiển thị dưới dạng một tam giác cân. Vâng, đây không gì khác hơn là một trường hợp vi mạch. Ở phía bên trái có 2 đầu vào: đảo ngược (được biểu thị bằng dấu trừ hoặc vòng tròn nhỏ) và không đảo ngược (được biểu thị bằng dấu cộng hoặc đơn giản là vẽ mà không có vòng tròn). Lưu ý: nếu mạch được vẽ theo "quy tắc âm tốt", thì tất cả các đầu vào đều ở bên trái và đầu ra ở bên phải của phần tử được đề cập.Kết luận phụ trợ, ví dụ, hiệu chỉnh, dinh dưỡng, có thể được định vị như bạn muốn.

Ở đây, ngay góc phải của tam giác, có một đầu ra với dòng chữ "Đầu ra" và các đầu nối để kết nối nguồn, thường là hai cực, được hiển thị bên trên và bên dưới. Để không quá tải, không làm mờ kết luận mạch, nguồn điện thường không được hiển thị. Việc gia nhập của họ được chỉ định đơn giản trong các ghi chú cho sơ đồ.

Trường hợp của bộ khuếch đại hoạt động có thể được mô tả như một hình chữ nhật, như trong Hình 1c. Tất cả các phần khác của hình này giống như trong trường hợp tam giác.

Vỏ hộp cho bộ khuếch đại hoạt động

Công nghệ bán dẫn hiện đại đã đạt được những tiến bộ đến mức không thể đếm được số lượng cấu trúc bán dẫn trong một vỏ bọc. Nó là đủ để nhớ lại các bộ vi xử lý hiện đại, số lượng bóng bán dẫn trong đó lên tới hàng tỷ mảnh. Do đó, để đặt trong một trường hợp, một số bộ khuếch đại hoạt động chỉ chứa vài chục bóng bán dẫn thậm chí là một vấn đề rất đơn giản.

Hình 4

Vị trí của các đầu nối của bộ khuếch đại hoạt động thuộc nhiều loại khác nhau trong cùng một trường hợp là như nhau, điều này giúp dễ dàng thay thế chúng, đặc biệt trong trường hợp bộ khuếch đại hoạt động được lắp đặt trong đầu nối - ổ cắm. Nhưng đồng thời, các bộ khuếch đại hoạt động cùng loại có thể được chế tạo trong các trường hợp hoàn toàn khác nhau. Sự đa dạng này là cần thiết trong điều kiện sản xuất hàng loạt và quy mô lớn, chủ yếu để thuận tiện cho việc phát triển bảng mạch in và toàn bộ thiết kế của một thiết bị điện tử.

Hình 3 cho thấy các bộ khuếch đại hoạt động được thực hiện trong các trường hợp DIP8, DIP14.

 

Hình 5

Hình 4 cho thấy một bộ khuếch đại hoạt động loại 4558 trong vỏ loại SIP-8 - vỏ tám chân một hàng.

Hình 6

Hiện nay, các bộ khuếch đại hoạt động trong vỏ bọc SMD đang ngày càng phổ biến.

Hình 7

Trong bài viết tiếp theo, chúng tôi sẽ xem xét bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng, đầu vào và đầu ra của nó và một số tính chất cơ bản hữu ích trong quá trình phát triển và sản xuất độc lập (chỉ đọc khi bạn rảnh rỗi) trong các kế hoạch khác nhau "cho tâm hồn". Và nó thực sự tốt nếu quá trình hàn được thay thế bánh mì hànvề điều mà bài báo đã được.

Tiếp tục bài viết:Bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng

Boris Aladyshkin