Guía integral del amplificador operacional LM324: alfileres, aplicaciones, embalaje y hoja de datos

LM324 Instrumentos de Texas+Nacido

1. Introducción: el amp-upp "Alrounder" cuádruple

En el mundo de los circuitos electrónicos,el LM324Se mantiene como un ingeniero versátil, que sirve como un componente central en el control industrial, la electrónica de consumo y los dispositivos médicos a través de su integración de cuádigel, adaptabilidad de voltaje amplio y rentabilidad. Este clásico OP-APP, nacido en la década de 1970, continúa prosperando con su compatibilidad por 3V ~ 32V de suministro único (suministro dual ± 1.5V ~ ± 16V), ancho de banda de 1.2MHz y frecuencia de aguja de 0.5V/μs. Ya sea amplificando las señales del sensor de nivel de microvoltio o los niveles de conversión en sistemas 5V, el LM324 logra un control preciso con circuitos minimalistas.

2. Características centrales: el diseño cuatro en uno "resistente"

2.1. Arquitectura de hardware: cuatro canales independientes para redes flexibles

Integrado internamente con cuatro suministros de operaciones operacionales completamente diferenciales (PIN 4 para VCC, PIN 11 para GND), cada canal incluye no inversión (en+), entradas invertidas (in) y una salida de un solo extremo (Out). La etapa de entrada diferencial admite el voltaje en modo común que cubre el riel de suministro negativo (hasta 0V en modo de suministro único), eliminando la necesidad de un sesgo adicional para interactuar directamente con sensores de bajo nivel como termopares y medidores de tensión.

2.2. Robustez eléctrico: voltaje ancho, baja potencia y protección

Adaptabilidad de voltaje: Suministro único de 3V (baterías de litio) a 32V (bus industrial), suministro dual de ± 1.5V (dispositivos portátiles) a ± 16V (instrumentos), ajustando más del 90% de los voltajes del sistema.

Control de potencia: Corriente inactiva de solo 375 μA por canal, consumo de energía total <1.5MA para cuatro canales, ideal para nodos IoT con batería.

Mecanismos de seguridad: Protección de cortocircuito de salida (sostiene la cortocircuito continuo), la inscripción de ESD de entrada (± 2kV HBM), resistente contra errores de soldadura de PCB.

2.3. Parámetros de rendimiento: equilibrio practicidad y costo

3. Decodificación de pin: el "enchufe universal" de 14 pines "

Tomando el paquete DIP-14 como ejemplo, las funciones PIN siguen una estructura "3 + 1" (tres amplificadores operacionales + fuente de alimentación común):

Consejos de diseño: evite el enrutamiento paralelo de In+ e In-Pins para los amplificadores operacionales adyacentes para reducir la diafonía; Engrose las trazas de VCC y GND para mitigar el ruido de alimentación.

4. Principio de trabajo: la filosofía de la "línea de ensamblaje" de la amplificación de tres etapas

CadaamplificadorEmplea una arquitectura clásica de tres etapas, análoga a una línea de producción de precisión:

Etapa de entrada diferencial: El par diferencial del transistor bipolar amplifica VIN+ - VIN- señales con 80DB CMRR, filtrando la interferencia de la red de 50 Hz.

Etapa de ganancia intermedia: Amplificador de emisores comunes con compensación de frecuencia, el condensador integrado de 10pf previene la autoososcilación por encima de 1MHz para la estabilidad del circuito cerrado.

Etapa de salida de empuje: Estructura del amplificador AB de clase, resistencia de salida <100Ω, unas cargas de 10kΩ, limita la corriente a 50 mA durante los circuitos cortos.

5. Cinco aplicaciones clásicas: desde la cadena de señal hasta la cadena de energía

5.1. Acondicionamiento del sensor: compensación de la unión fría del termopar

Circuito: OP-AMP configurado como amplificador no inversor (ganancia 100), en+ se conecta al termopar (señales de MV), In-Grounds a través de una resistencia de 10kΩ, resistencia de retroalimentación 1MΩ.

Llave: Aprovechas en la característica de+ modo común a GND para amplificar las diferencias de temperatura de 0 ~ 20mV sin polarización, adecuada para termopares tipo K.

Mejoramiento: La resistencia paralela de 100kΩ en la entrada previene la saturación de amplificadores OP durante el circuito abierto de termopar.

5.2. Amplificación de audio de suministro único: preamplificador de micrófono de 3V

Circuito invertido: Ri = 1kΩ (coincide con la impedancia de micrófono electret), RF = 10kΩ (ganancia -10), polarización de 1/2 VCC a través de dos divisores de voltaje de 10kΩ.

Consejo: El condensador de salida de 10 μF bloquea la CC, reduce la ondulación de 50Hz, THD <1% (onda sinusoidal de 1kHz).

Expansión: Cuatro amplificadores operacionales pueden en cascada en filtros de dos etapas para canales de audio de 20Hz ~ 20kHz.

5.3. Comparador de voltaje: protección contra la sobretensión de la batería de litio

Detección de ventanas: Dos amplificadores operacionales establecen umbrales a 4.2V (corte de carga) y 2.5V (corte de descarga); Cuando sale el voltaje de la batería [2.5V, 4.2V], la baja salida desencadena el apagado MOSFET.

Innovación: Utiliza la salida de pulsador de empuje OP-AMP para impulsar los transistores de NPN directamente, eliminando las resistencias de pulverización y reduciendo el costo del circuito en un 30%.

5.4. Circuito integrador: monitoreo de velocidad del motor

Principio: Las ondas cuadradas del sensor Hall pasan a través de la integración de RC (r = 100kΩ, c = 10 μf), OP-Amp como integrador; Voltaje de salida proporcional a la velocidad (0 ~ 5V para 0 ~ 5000rpm).

Calibración: El potenciómetro ajusta la resistencia de retroalimentación para compensar los errores de componentes, linealidad ± 0.5%.

5.5. Oscilador: una alternativa de "drop-in" a 555

Generación de ondas cuadradas: OP-AMP configurado como Schmitt Trigger, RC Time Constant de resistencia de 100kΩ y condensador de 10 NF (frecuencia ≈1kHz), ciclo de trabajo del 50%.

Ventaja: Elimina la estructura de doble comparación de 555, logra con pasivos OP de OP +, reduce el área de PCB en un 40%.

6.LM324 Circuitos de aplicación típicos

1. LM324 como unAmplificador de CA invertido

Este amplificador reemplaza a los transistores para la amplificación de CA, adecuado para la preamplificación en sistemas de sonido. El circuito no requiere ajuste, utilizando una sola fuente de alimentación donde R1 y R2 forman un sesgo de 1/2V+. C1 actúa como un condensador de amortiguación.

La ganancia de voltaje (AV) está determinada por las resistencias externas RI y RF: AV = −RF/Rhode Island

El signo negativo indica que la señal de salida está invertida en relación con la entrada. Para los valores mostrados, AV = -10. La resistencia de entrada es igual a RI, típicamente coincidente con la resistencia interna de la fuente de señal, con RF seleccionada para la ganancia deseada. CO y CI son condensadores de acoplamiento.

Este circuito presenta una alta impedancia de entrada. R1 y R2 forman un divisor de voltaje de 1/2V+, sesgando el amplificador OP a través de R3.

La fórmula de ganancia de voltaje es: AV = 1+RF/R4

La resistencia de entrada se establece por R3, con R4 típicamente que varía de varias kΩ a decenas de kΩ.

La sonda de temperatura usaun transistor de silicio(3DG6) configurado como un diodo. El voltaje del emisor base del transistor tiene un coeficiente de temperatura de -2.5mv/° C, lo que significa que disminuye en 2.5mV por cada aumento de ° C. OP-APP A1 actúa como un amplificador de CC no inversor: las temperaturas más altas reducen la caída de voltaje a través de BG1, bajando el voltaje a la entrada no inversa de A1 y su salida.

Este es un proceso de amplificación lineal. Conectar un circuito de medición o control a la salida de A1 permite indicación o control automático.

Eliminar la resistencia de retroalimentación (o tratarla como infinita) coloca el amplificador operacional en una condición de circuito abierto. Aunque teóricamente infinita, la ganancia de circuito abierto de LM324 es de 100dB (100,000 ×), lo que lo convierte en un comparador de voltaje con salidas a niveles altos (V+) o bajos (V o GND). La salida es baja cuando el voltaje de entrada positivo excede la entrada negativa.
Dos amperios operacionales forman un comparador de nivel de voltaje:

R1 y R1 'Establezca el umbral de comparación U1 para A1.

R2 y R2 'Establece el umbral U2 para A2.

La interfaz de usuario de voltaje de entrada se conecta a la entrada positiva de A1 y la entrada negativa de A2.

Si UI> U1, A1 sale alto.

Si Ui <u2, A2 sale alto.

Ya sea la salida alta enciende el transistor BG1, iluminando el LED.

Con U1> U2, las luces LED cuando UI sale [U2, U1], actuando como un indicador de nivel de voltaje.

Con U2> U1, las luces LED cuando UI está dentro de [U2, U1], sirviendo como un indicador de voltaje de "ventana".
Modificado para su uso con sensores, este circuito detecta límites duales para cantidades físicas, cortocircuitos, circuitos abiertos, etc.

7. Selección y alternativas: opciones de escenario

9. Paquete LM324

 

10. Conclusión: LM324, un clásico de hoja perenne

Desde calculadoras de la década de 1970 hasta casas inteligentes de 2020, el LM324 ha demostrado más de medio siglo que los verdaderos clásicos radican en resolver problemas complejos con las arquitecturas más simples. Su encanto se deriva no solo de los ahorros en el espacio de los canales cuádruples, sino también de su profunda comprensión de los sistemas de suministro único, cuando el 90% de las aplicaciones necesitan solo 5V, el LM324 ha incrustado la filosofía de "no se necesitan suministros duales" en su ADN. Para los ingenieros, elLM324es más que un componente; Es una filosofía de diseño: lograr las funciones más confiables con la menor cantidad de partes externas. En el futuro previsible, este amplificador operacional "cuatro en uno" continuará escribiendo narraciones electrónicas simples pero poderosas en cada nodo de la cadena de señales.

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