Среди множества микросхем, представленных на современном рынке микроэлектронных компонентов, есть настоящие легенды, по праву заслужившие свою высокую репутацию.
В данной статье мы остановимся на рассмотрении четырех таких легендарных аналоговых микросхем, а именно: NE555, A741, TL431, и LM311.
Интегральный таймер NE555
Аналоговая интегральная микросхема NE555 является универсальным таймером. Она успешно служит во многих современных электронных схемах для получения повторяющихся или одиночных импульсов с постоянными временными характеристиками. Микросхема является по сути асинхронным RS-триггером, обладающим специфическими порогами входов, которые точно заданы внутренними аналоговыми компараторами и точным делителем напряжения.
Интегральная структура микросхемы включает в себя 23 транзистора, 16 резисторов и 2 диода. NE555 выпускается по сей день в различных корпусах, но наиболее популярна в корпусах DIP-8 и SO-8, именно в таком виде ее можно встретить на многих платах. Отечественные производители выпускают аналоги данного таймера под названием КР1006ВИ1.
КОМПАРАТОР в электронике. Самое понятное объяснение!
История микросхемы NE555 начинается с 1970 года, когда уволенный в связи с экономическим кризисом, сотрудник американской микроэлектронной компании Signetics, специалист по схемам ФАПЧ, Ганс Камензинд, работая у себя в гараже, отладил схему ФАПЧ с ГУН, частота которого теперь не зависела от напряжения.
Эта разработка позже получила название NE566, и содержала все элементы будущего таймера NE555, включая компараторы, делитель напряжения, триггер и ключ. Схема могла вырабатывать треугольные импульсы с амплитудой задаваемой внутренним делителем, и с частотой задаваемой внешней RC-цепочкой.
Ганс Камензинд продал компании Signetics свою разработку, после чего предложил ее доработку до ждущего мультивибратора — генератора одиночных импульсов. Идею поддержали не сразу, однако руководитель отдела продаж компании Signetics, Арт Фьюри, настоял, и проект был одобрен, будущую микросхему назвали NE555 (NE от SigNEtics).
Доработка и отладка таймера заняли еще несколько месяцев, и в конце концов в 1971 году стартовали продажи NE555 в восьмивыводном корпусе по цене 75 центов. Сегодня функциональные аналоги оригинального NE555 выпускаются во множестве биполярных и КМОП-вариантов почти всеми крупными производителями электронных компонентов.
Рассмотрим теперь назначение выводов интегрального таймера NE555, это позволит читателю понять причину, по которой данная микросхема приобрела колоссальную популярность как среди специалистов, так и среди радиолюбителей.
- Первый вывод — земля. Подключается к минусовому проводу источника питания.
- Второй вывод — триггер. Когда напряжение на этом выводе ниже 1/3 напряжения питания, таймер запускается. При этом потребляемый данным входом ток не превышает 500 нА.
- Третий вывод — выход. Когда таймер включен, напряжение на этом выводе на 1,7 вольт меньше напряжения питания, а максимальный ток данного вывода достигает 200 мА.
- Четвертый вывод — сброс. При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня, ниже 0,7 вольт, микросхема переходит в исходное состояние. Если сброс при работе в схеме не требуется, данный вывод просто соединяют с плюсом источника питания микросхемы.
- Пятый вывод — контроль. Данный вывод находится под опорным напряжением, и присоединен к инвертирующему входу первого компаратора.
- Шестой вывод — порог, стоп. При подаче на этот вывод напряжения выше 2/3 напряжения питания, таймер остановится и его выход будет переведен в состояние покоя.
- Седьмой вывод — разряд. Когда на выходе микросхемы низкий уровень, данный вывод внутри микросхемы соединяется с землей, а когда на выходе микросхемы высокий уровень, данный вывод от земли отсоединен. Этот вывод способен выдержать ток до 200 мА.
- Восьмой вывод — питание. Этот вывод подключается к плюсовому проводу источника питания микросхемы, напряжение которого может быть от 4,5 до 16 вольт.
Синдром раздражённого кишечника (СРК): симптомы, лечение | Антидепрессанты, FODMAP-диета и БАДы
Микросхема NE555 нашла широкое применение, благодаря своей универсальности. На ее основе строятся генераторы, модуляторы, реле времени, пороговые устройства и многие другие узлы различной электронной аппаратуры, разнообразие которой ограничено лишь фантазией и творческим подходом инженеров и разработчиков.
Примерами решаемых задач могут служить: функция восстановления искаженного в линиях связи цифрового сигнала, фильтры дребезга, импульсные источники питания, двухпозиционные регуляторы в системах автоматического регулирования, ШИМ-контроллеры, таймеры и многое другое.
Дополнительные материалы про микросхему NE555 :
Операционный усилитель uA741
uA741 — операционный усилитель на биполярных транзисторах. Этот операционный усилитель второго поколения, разработанный в 1968 году инженером компании Fairchild Semiconductor, Дэвидом Фуллагаром, является модификацией операционного усилителя LM101, к которому требовался внешний конденсатор частотной коррекции. К uA741 внешний конденсатор уже не требовался, ибо здесь он сразу установлен на самом кристалле микросхемы.
Характеристики uA741 были совершенными для того времени, а простота применения микросхемы способствовала широкому ее использованию. Так uA741 стал универсальным типовым операционным усилителем, и по сей день его аналоги выпускаются очень многими производителями микроэлектронных компонентов, например: AD741, LM741, и отечественный аналог — К140УД7. Данные микросхемы выпускаются как в корпусах DIP, так и в чиповых.
В основе операционных усилителей лежит один и тот же принцип, отличия заключаются лишь в структуре. Операционные усилители второго и следующих поколений включают в себя следующие функциональные блоки:
- Входной каскад — дифференциальный усилитель, обеспечивающий усиление при высоком входном сопротивлении и при малом уровне шума.
- Усилитель напряжения с высоким коэффициентом, АЧХ спадает как в однополюсном фильтре низких частот. Здесь не дифференциальный, единственный выход.
- Выходной каскад (усилитель), дающий высокую нагрузочную способность, низкое выходное сопротивление, и обеспечивающий защиту от короткого замыкание и ограничение выходного тока.
Интегрированный конденсатор на 30 пФ дает частотно-зависимую отрицательную обратную связь, повышающую устойчивость операционного усилителя при работе с внешней обратной связью. Это так называемая компенсация Миллера, функционирующая практически как интегратор, построенный на операционном усилителе. Частотная компенсация дает операционному усилителю безусловную стабильность в широком диапазоне условий и тем самым упрощает его применение в широком спектре электронных устройств.
В выходном каскаде uA741 присутствует резистор сопротивлением 25 Ом, служащий датчиком тока. Совместно с транзистором Q17, этот резистор ограничивает ток эмиттерного повторителя Q14 на уровне около 25 мА. В нижнем плече двухтактного выходного каскада ограничение тока через транзистор Q20 осуществляется посредством измерения тока через эмиттер транзистора Q19 и последующего ограничения тока, текущего в базу Q15. В более современных модификациях схемотехники uA741 могут использоваться несколько отличающиеся от описанной здесь методы ограничения выходного тока.
Микросхема имеет два вывода Offset для балансировки, позволяющие подстраивать смещение входа операционного усилителя точно до нуля. Для этой цели можно использовать внешний потенциометр. Напряжение питания микросхемы может достигать от +-18 до +-22 вольт, в зависимости от модификации, однако рекомендуемый диапазон — от +-5 до +-15 вольт.
Смотрите также по этой теме:
Регулируемый стабилизатор напряжения TL431
Микросхема TL431 была выпущена в продажу компанией Texas Instruments в 1978 году, и позиционировалась как прецизионный регулируемый стабилизатор напряжения. Предшествующей версией была менее точная микросхема TL430. Сегодня TL431 выпускают многие производители под маркировками: LM431, KA431, а ее отечественный аналог — КР142ЕН19А.
TL431 по сути — управляемый стабилитрон, часто встречающийся в трехвыводном корпусе TO-92. Данную микросхему можно, пожалуй, увидеть на плате любого из современных импульсных блоков питания, как минимум — в схеме гальванической развязки вторичных цепей.
Микросхема достаточно просто регулируется: при подаче на управляющий электрод напряжения выше порогового 2,5 вольт, внутренний транзистор, выполняющий функцию стабилитрона, переходит в проводящее состояние.
Значения выводов очевидны из блок-схемы:
- Первый вывод – электрод управления.
- Второй вывод — несет функцию анода стабилитрона.
- Третий вывод – играет роль катода стабилитрона.
Рабочее напряжение на катоде может быть из диапазона от 2,5 до 36 вольт, а ток в проводящем состоянии не должен превышать 100 мА, при этом ток управления не превышает 4 мкА. Внутренний источник опорного напряжения имеет номинал 2,5 вольта.
Микросхема настолько проста в настройке и в использовании, что уже нашла самое широкое применение в различных электронных устройствах, начиная с импульсных блоков питания, где она традиционно работает совместно с оптроном, заканчивая датчиками освещенности и температуры.
Сегодня трудно найти бытовой прибор, где бы не было TL431, именно по этой причине данная микросхема выпускается во множестве различных корпусов. Таким образом, TL431 отлично подходит для построения цепей обратной связи в совершенно различных аспектах этого понятия.
Примеры использования микросхемы TL431 :
Аналоговый компаратор LM311
Аналоговый компаратор LM311 выпускается с 1973 года компанией National Semiconductor (с 23 сентября 2011 года компания официально является частью Texas Instruments). Отечественный аналог данного компаратора — КР554СА3.
Для данного интегрального компаратора напряжения характерен очень малый входной ток (150 нА). Он разработан специально для применения в широком диапазоне питающих напряжений: от стандартного +- 15В до однополярного + 5В, традиционного для цифровой логики. Выход компаратора совместим с TTL, RTL, DTL и MOS – уровнями.
Его выходной каскад с открытым коллектором позволяет непосредственно нагрузить выход на реле или на лампу накаливания, и коммутировать ток до 50 мА при напряжении до 50 В. Потребляемая микросхемой мощность составляет всего 135 мВт при питании напряжением +-15 В. В даташите на компаратор LM311 приведено множество типовых схем его применений.
Микросхема содержит 20 резисторов, 22 биполярных транзистора, 1 полевой транзистор и 2 диода. Вход и выход LM311 можно изолировать от земли схемы так, чтобы выходная цепь микросхемы работала на заземленную нагрузку или на нагрузку, подключенную к отрицательному или положительному полюсу источника питания.
В схеме компаратора есть возможности балансировки сдвига и стробирования, а выходы нескольких LM311 можно соединять по схеме проводное ИЛИ. Вероятность возникновения ложных срабатываний у данной микросхемы очень низка.
Дополнительные материалы по этой теме:
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Источник: electrik.info
Операционные усилители. Часть 1: Введение. Модель идеального операционного усилителя
Даже после появления цифровых вычислительных машин вычисления и обработка сигналов зачастую производились средствами аналоговой электроники. Основу этих устройств составляли операционные усилители.
Операционные усилители как класс появились в качестве унифицированных элементов аналоговых вычислительных машин (АВМ) после Второй Мировой войны. На них собирались звенья, производящие математические операции: сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.п. Слово «операционный» в названии появилось в силу этого факта. В качестве входного сигнала использовалось напряжение.
Вычисления могли быть достаточно сложными и требовать большого количества звеньев, что выдвигало достаточно жёсткие требования к унификации и стабильности характеристик операционных усилителей. Выполнение требований стабильности характеристик достигалось введением в схемы звеньев отрицательной обратной связи (ООС). Для унифицированных операционных усилителей применялась внешняя обратная связь. Характеристики такого звена определялись исключительно параметрами цепи обратной связи.
Массовое применение операционных усилителей началось со второй половины 60-х годов прошлого века, когда был налажен серийный выпуск относительно недорогих интегральных ОУ. Использование микросхем операционных усилителей стало тогда экономически целесообразным сначала в промышленной электронике, а затем и в бытовой технике.
В качестве КДПВ использована фотография советского аналога операционного усилителя LM101, одного из первых массовых интегральных ОУ.
▍ Идеальный операционный усилитель
Обычно операционный усилитель имеет два входа, инвертирующий и неинвертирующий, и один выход. ОУ усиливает разность напряжений на входах. Коэффициент передачи операционного усилителя с отключенной ООС – порядка 10 4 …10 6 (80…120 dB) в цепях постоянного тока.
Принцип действия ОУ наиболее наглядно раскрывается на модели «идеального операционного усилителя». Модель обладает следующими свойствами:
- Входы идеального ОУ не оказывают влияния на входные сигналы и имеют бесконечно большое сопротивление и бесконечно малую ёмкость.
- Выход идеального ОУ имеет нулевое сопротивление и может обеспечить на нагрузке любое напряжение и любой ток.
- Коэффициент передачи идеального ОУ стремится к бесконечности и не зависит от частоты входных сигналов.
- Время задержки распространения сигнала в идеальном ОУ равно нулю, сдвиг фаз отсутствует.
- Охваченный ООС идеальный ОУ стремится установить равное напряжение на входах.
Схема операционного усилителя без обратной связи представлена ниже:
Идеальный ОУ, включенный без обратной связи, работает следующим образом: напряжение на выходе равно разности напряжений на входах, умноженной на коэффициент передачи идеального ОУ без обратной связи:
Выразим разность напряжений на входах идеального ОУ через напряжение на выходе и коэффициент передачи идеального ОУ без обратной связи:
| (2) | |
| где: | Uвых – напряжение на выходе ОУ; |
| Uвх+ – напряжение на неинвертирующем входе ОУ; | |
| Uвх- – напряжение на инвертирующем входе ОУ; | |
| Gо – коэффициент передачи ОУ с разомкнутым контуром обратной связи. |
Поскольку, согласно свойству 3 модели идеального операционного усилителя коэффициент передачи Gо стремится к бесконечности, получаем подтверждение свойства 5 модели и для идеального ОУ, неохваченного ООС:
▍ Идеальный инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель является пропорциональным (усилительным) звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.
Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R1 и R2:
Из свойства 5 модели следует, что напряжение на инвертирующем входе ОУ Uвх- равно напряжению на неинвертирующем входе Uвх+. Поскольку, неинвертирующий вход ОУ подключен к общему проводу, на инвертирующем входе образуется потенциал 0 В.
Согласно свойству 1 модели идеального операционного усилителя, инвертирующий вход ток не потребляет, следовательно, падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению Uвх, падение напряжения на резисторе R2 равно напряжению Uвых, токи через резисторы делителя равны.
Получаем следующее соотношение:
из которого следует:
| (5) | |
| где: | Uвых – напряжение на выходе инвертирующего усилителя; |
| Uвх – напряжение на входе инвертирующего усилителя; | |
| R1, R2 – сопротивления резисторов в цепи обратной связи инвертирующего усилителя. |
Согласно формуле (5), коэффициент передачи инвертирующего усилителя:
Из формулы (6) видно, что коэффициент передачи идеального инвертирующего усилителя может быть в пределах от 0 до — ∞.
Входной импеданс идеального инвертирующего усилителя равен сопротивлению резистора R1, поскольку, согласно свойству 1 модели идеального усилителя на ОУ входы не потребляют ток, и на инвертирующем входе установлен потенциал 0 В согласно свойству 5.
При равенстве сопротивлений резисторов в цепи обратной связи получаем инвертирующий повторитель.
При соотношении сопротивлений резисторов R1 > R2 схема работает как инвертирующий аттенюатор, т.е. начинает «ослаблять» входной сигнал.
▍ Идеальный неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель, как и инвертирующий усилитель, является пропорциональным звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.
Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R1 и R2. Сигнал с делителя напряжения подаётся на инвертирующий вход:
Из свойства 5 модели следует, что напряжение на инвертирующем входе ОУ Uвх- равно напряжению на неинвертирующем входе Uвх+. При этом Uвх+ равно входному напряжению Uвх.
Согласно свойству 1 модели идеального операционного усилителя, входы ОУ ток не потребляют, следовательно, падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению Uвх, а падение напряжения на последовательно включенных резисторах делителя напряжения R1 и R2 равно напряжению Uвых.
Получаем следующее соотношение:
| (7) | |
| где: | Uвых – напряжение на выходе неинвертирующего усилителя; |
| Uвх – напряжение на входе неинвертирующего усилителя; | |
| R1, R2 – сопротивления резисторов в цепи обратной связи неинвертирующего усилителя. |
Согласно формуле (7) , коэффициент передачи неинвертирующего усилителя:
Из формулы (8) видно, что коэффициент передачи идеального неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы.
Входной импеданс идеального неинвертирующего усилителя равен импедансу неинвертирующего входа, который согласно свойству 1 модели идеального усилителя на ОУ стремится к бесконечности.
Частным случаем схемы неинвертирующего усилителя на ОУ является схема повторителя, где сопротивление R1 = ∞, а R2 = 0:
Схема имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление, что позволяет согласовать, например, высокоомный источник сигнала с низкоомной нагрузкой.
▍ Сравнение схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей
Обе схемы усилителей, инвертирующего и неинвертирующего, являются пропорциональными звеньями, осуществляющими операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.
Принципиальные различия между схемами заключаются в том, что:
- Инвертирующий усилитель изменяет знак входного сигнала, а неинвертирующий усилитель знак входного сигнала не изменяет.
- Коэффициент передачи инвертирующего усилителя может быть меньше единицы, а коэффициент передачи неинвертирующего усилителя меньше единицы быть не может.
- Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется входным сопротивлением применённого ОУ, а входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резисторов в цепи обратной связи.
Увеличение входного сопротивления инвертирующего усилителя резистором R1 требует пропорционального коэффициенту передачи k увеличения сопротивления резистора R2. Предотвратить чрезмерное увеличение сопротивления резистора R2 можно применением в цепи ООС усилителя Т-моста:
Коэффициент передачи инвертирующего усилителя с Т-мостом:
Входное сопротивление инвертирующего усилителя с Т-мостом приблизительно равно сопротивлению резистора R1.
При k = 10 и сопротивлении R1 = 500 кОм в схеме инвертирующего усилителя с делителем напряжения в цепи обратной связи сопротивление резистора R2 должно быть 5 МОм.
В случае инвертирующего усилителя с Т-мостом, при k = 10, сопротивлении R1 = 499 кОм и сопротивлении R4 = 100 Ом, сопротивление резисторов R2 и R3 будет равно 22.6 кОм. Расчёт цепи обратной связи в этом случае сложней, но применение Т-моста в цепи обратной связи при больших значениях сопротивления резистора R1 обеспечивает более стабильную работу усилителя.
▍ От автора
- Предпосылки появления ОУ. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель. < — Вы тут
- Отличия «реального» ОУ от «идеального». Основные характеристики реального ОУ. Ограничения реального ОУ.
- Суммирующий усилитель. Разностный усилитель. Измерительный усилитель. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Схема выборки-хранения.
- Активный детектор. Активный пиковый детектор. Логарифмический усилитель. Активный ограничитель сигнала. Компаратор на ОУ. Источник опорного напряжения. Источник тока. Усилитель мощности.
- Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры на ОУ. Генераторы сигналов на ОУ.
- Однополярное включение ОУ. Входные помехи, «развязки» и защиты входных цепей, экранирование.
- Операционные усилители на лампах.
Использованные источники:
- Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988
- Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993
- Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982
- Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Мир, 1991
- операционный усилитель
- обработка сигналов
- аналоговая схемотехника
- ruvds_статьи
- Блог компании RUVDS.com
- Схемотехника
- Электроника для начинающих
Источник: habr.com
Регулятор тембра на три посолы — НЧ-СЧ-ВЧ с ОУ LM101
Эквалайзеры и регуляторы тембра, которые на сегодняшний день несколько утратили свои позиции т.к. большое количество слушателей используют в качестве источника музыкальных фонограмм персональные компьютеры, где есть встроенные цифровые корректоры АЧХ . Но тем не менее, так сказать не компьютером единым, и для источника звука не имеющего встроенного корректора АЧХ , применение регулятора тембра остаётся востребованным в устройствах высококачественного воспроизведения. Основное назначение регулятора тембра или эквалайзера является обеспечение регулировки АЧХ усилительного устройства, которое позволяет компенсировать частотные искажения, возникающие в АС , сформировать АЧХ под конкретный стиль музыки, учитывая особенности помещения и тем самым сделать звучание наиболее естественным.
Для повышения плавности и глубины регулировки в большинстве схем активных регуляторов тембра и эквалайзеров используют операционные усилители ( ОУ ) с включением регулирующих элементов в цепи ООС . Если сравнивать такой метод с пассивной регулировкой, где имеются только цепи формирования АЧХ и каскады согласования, то активные регуляторы имеют лучшие технические параметры (отношение сигнал/шум, больший диапазон регулировки) при том же количестве электронных компонентов. Вообще к показателям качества регуляторов тембра и эквалайзерам относятся такие параметры как: диапазон регулировки АЧХ , динамический диапазон, коэффициент нелинейных искажений и уровень собственного шума.
Основные технические параметры регуляторов тембра схожи с параметрами всего ряда воспроизводящих и усилительных устройств, к ним относят:
— Номинальное входное напряжение – синусоидальное напряжение на входе, которое обеспечивает номинальное на выходе, при условии установки регуляторов в горизонтальную АЧХ ;
Коэффициент передачи (дБ) — отношение выходного напряжения к входному, как правило на частоте 1 кГц при горизонтальной АЧХ ;
— Предел регулирования – измеряется в дБ – отношение выходного напряжения на частотах максимального подъёма и спада АЧХ к тому же выходному напряжению при горизонтальной АЧХ на частоте 1 кГц ;
— Перегрузочная способность (дБ) — отношение максимального выходного напряжения при коэффициенте гармоник 10 % к выходному номинальному напряжению на частотах максимального подъема АЧХ ;
— Коэффициент нелинейных искажений (%) – измерения проводят в рабочем диапазоне частот при номинальном входном напряжении при максимальном подъёме АЧХ регуляторами;
— Отношение сигнал-шум (дБ) — отношение выходного напряжения сигнала при входном номинальном к среднеквадратическому значению напряжения шума на выходе при отсутствии сигнала.
Классический активный регулятор тембра с RC мостом в цепи ООС обеспечивает наибольшую глубину изменения АЧХ на краях звукового диапазона. Частоту регулировки высоких и низких частот чаше всего выбирают вблизи 15 кГц и 50 Гц , что не позволяет эффективно влиять на область средних частот от 200 Гц до 5 кГц . В этой статье представлена схема и печатная плата регулятора тембра на операционном усилителе LM101 в которой введена цепь регулировки средних частот.
Технические характеристики:
Номинальное входное напряжение – 700 мВ (1 В амплитудного);
Коэффициент передачи на частоте 1 кГц – 1;
Пределы регулировки тембра на частоте, Гц
100 — ± 12 дБ, 1000 — ± 18 дБ, 10000 — ±12 дБ;
Перегрузочная способность (относительно уровня 12 дБ) — не менее 10 дБ
THD в диапазоне частот 20 — 20000 Гц, не более 0,002 %;
Отношение сигнал/шум (невзвешенное) – не менее 70 дБ;
Напряжение питания — ±15 В;
Ток потребления — 10 мА.
Источник: dzen.ru