الدليل الشامل لمضخم التشغيل LM324: الدبابيس والتطبيقات والتعبئة وورقة البيانات

LM324 تكساس إنسترومنتس+BOM

1. المقدمة: مكبر الصوت الرباعي "All-Rounder".

في عالم الدوائر الإلكترونيةLM324يقف كمهندس متعدد الاستخدامات، ويعمل كمكون أساسي عبر التحكم الصناعي، والإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة الطبية من خلال تكامله رباعي القنوات، والقدرة على التكيف مع الجهد الكهربي الواسع، وفعالية التكلفة. يستمر مضخم الصوت الكلاسيكي هذا، الذي وُلد في السبعينيات، في الازدهار من خلال توافقه مع العرض الفردي 3 فولت ~ 32 فولت (الإمداد المزدوج ± 1.5 فولت ~ ± 16 فولت)، وعرض النطاق الترددي 1.2 ميجاهرتز، ومعدل التدفق 0.5 فولت/ميكروثانية. سواء كان ذلك من خلال تضخيم إشارات المستشعر على مستوى الميكروفولت أو تحويل المستويات في أنظمة 5 فولت، فإن LM324 يحقق تحكمًا دقيقًا باستخدام دوائر بسيطة.

2. الميزات الأساسية: التصميم "القوي" أربعة في واحد

2.1. هندسة الأجهزة: أربع قنوات مستقلة للشبكات المرنة

متكاملة داخليًا مع أربعة مصادر طاقة تشترك في مضخمات التشغيل التفاضلية بالكامل (دبوس 4 لـ VCC، ودبوس 11 لـ GND)، تشتمل كل قناة على مدخلات غير مقلوبة (IN+)، ومدخلات مقلوبة (IN-)، ومخرج أحادي الطرف (OUT). تدعم مرحلة الإدخال التفاضلي جهد الوضع المشترك الذي يغطي حاجز الإمداد السلبي (وصولاً إلى 0 فولت في وضع العرض الفردي)، مما يلغي الحاجة إلى انحياز إضافي للتفاعل المباشر مع أجهزة الاستشعار ذات المستوى المنخفض مثل المزدوجات الحرارية ومقاييس الضغط.

2.2. المتانة الكهربائية: جهد عريض، طاقة منخفضة، وحماية

القدرة على التكيف مع الجهد: مصدر مفرد من 3 فولت (بطاريات الليثيوم) إلى 32 فولت (الحافلة الصناعية)، مصدر مزدوج من ± 1.5 فولت (الأجهزة المحمولة) إلى ± 16 فولت (الأجهزة)، يناسب أكثر من 90٪ من الفولتية للنظام.

التحكم في الطاقة: تيار هادئ يبلغ 375 ميكرو أمبير فقط لكل قناة، إجمالي استهلاك الطاقة <1.5 مللي أمبير لأربع قنوات، مثالي لعقد إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطارية.

آليات السلامة: حماية ماس كهربائى للخرج (تحافظ على قصر مستمر)، تثبيت الإدخال ESD (± 2 كيلو فولت HBM)، مرن ضد أخطاء لحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

2.3. معايير الأداء: الموازنة بين التطبيق العملي والتكلفة

3. فك تشفير الدبوس: "المقبس العالمي" ذو 14 سنًا

بأخذ حزمة DIP-14 كمثال، تتبع وظائف الدبوس بنية "3+1" (ثلاثة مضخمات تشغيلية + مصدر طاقة مشترك):

نصائح التخطيط: تجنب التوجيه المتوازي لدبابيس IN+ وIN- لمضخمات التشغيل المجاورة لتقليل التداخل؛ تكثيف آثار VCC وGND للتخفيف من ضوضاء الطاقة.

4. مبدأ العمل: فلسفة "خط التجميع" للتضخيم ثلاثي المراحل

كلالمرجع أمبيرتستخدم بنية كلاسيكية ثلاثية المراحل، مماثلة لخط الإنتاج الدقيق:

مرحلة الإدخال التفاضلي: يعمل الزوج التفاضلي للترانزستور ثنائي القطب على تضخيم إشارات Vin+ - Vin- باستخدام 80 ديسيبل CMRR، مما يؤدي إلى تصفية تداخل التيار الكهربائي بمقدار 50 هرتز.

مرحلة الكسب المتوسطة: مضخم باعث مشترك مع تعويض التردد، ومكثف مدمج بقوة 10pF يمنع التذبذب الذاتي فوق 1 ميجاهرتز لتحقيق استقرار الحلقة المغلقة.

مرحلة إخراج الدفع والسحب: هيكل مكبر الصوت من الفئة AB، مقاومة الخرج <100 أوم، يدفع أحمال 10 كيلو أوم، يحد التيار إلى 50 مللي أمبير أثناء دوائر القصر.

5. خمسة تطبيقات كلاسيكية: من سلسلة الإشارة إلى سلسلة الطاقة

5.1. تكييف المستشعر: تعويض الوصلة الباردة الحرارية

حلبة: تم تكوين Op-amp كمضخم صوت غير مقلوب (كسب 100)، ويتصل IN+ بالمزدوجة الحرارية (إشارات mV)، وIN-ground عبر مقاوم 10 كيلو أوم، ومقاوم ردود فعل 1MΩ.

مفتاح: يعمل على الاستفادة من خاصية IN+ من الوضع الشائع إلى GND لتضخيم اختلافات درجة الحرارة من 0 إلى 20 مللي فولت دون انحياز، وهو مناسب للمزدوجات الحرارية من النوع K.

تحسين: المقاوم المتوازي 100 كيلو أوم عند الإدخال يمنع تشبع المضخم التشغيلي أثناء الدائرة المفتوحة الحرارية.

5.2. تضخيم الصوت أحادي العرض: مضخم صوت ميكروفون 3 فولت

عكس الدائرة: Ri=1kΩ (يطابق مقاومة الميكروفون الإلكتريت)، Rf=10kΩ (كسب -10)، انحياز 1/2VCC عبر مقسمي جهد 10kΩ.

نصيحة: مكثف خرج 10μF يحجب التيار المستمر، ويقلل تموج 50 هرتز، THD <1% (موجة جيبية 1 كيلو هرتز).

توسع: يمكن أن تتتالي أربعة مضخمات تشغيلية في مرشحات ذات مرحلتين لقنوات الصوت 20 هرتز ~ 20 كيلو هرتز.

5.3. مقارنة الجهد: حماية الجهد الزائد لبطارية الليثيوم

كشف النافذة: مضخمان تشغيليان يحددان العتبات عند 4.2 فولت (قطع الشحن) و2.5 فولت (قطع التفريغ)؛ عندما يخرج جهد البطارية [2.5 فولت، 4.2 فولت]، يؤدي انخفاض الخرج إلى إيقاف تشغيل MOSFET.

ابتكار: يستخدم مخرج سحب وسحب op-amp لتشغيل ترانزستورات NPN مباشرة، مما يزيل مقاومات السحب ويقلل تكلفة الدائرة بنسبة 30%.

5.4. الدائرة المتكاملة: مراقبة سرعة المحرك

مبدأ: تمر الموجات المربعة لمستشعر القاعة عبر تكامل RC (R = 100kΩ، C = 10μF)، op-amp كمتكامل؛ يتناسب جهد الخرج مع السرعة (0 ~ 5 فولت لـ 0 ~ 5000 دورة في الدقيقة).

معايرة: يضبط مقياس الجهد مقاومة التغذية الراجعة للتعويض عن أخطاء المكونات، الخطية ±0.5%.

5.5. المذبذب: بديل "منسدل" لـ 555

جيل الموجة المربعة: تم تكوين Op-amp كمشغل Schmitt، ثابت وقت RC من مقاومة 100 كيلو أوم ومكثف 10 نانو فاراد (تردد ≈1 كيلو هرتز)، دورة تشغيل بنسبة 50%.

ميزة: يزيل هيكل المقارنة المزدوج لـ 555، ويتحقق باستخدام مضخم تشغيلي واحد + سلبيات، ويقلل مساحة PCB بنسبة 40%.

6.دوائر التطبيق النموذجية LM324

1. LM324 باعتبارهعكس مكبر للصوت التيار المتردد

يحل هذا مكبر الصوت محل الترانزستورات لتضخيم التيار المتردد، وهو مناسب للتضخيم المسبق في أنظمة الصوت. لا تتطلب الدائرة أي تعديل، وذلك باستخدام مصدر طاقة واحد حيث يشكل R1 و R2 انحيازًا قدره 1/2V+. يعمل C1 كمكثف تخميد.

يتم تحديد كسب الجهد (AV) بواسطة المقاومات الخارجية RI وRF: AV=−RF/ري

تشير العلامة السلبية إلى أن إشارة الخرج معكوسة بالنسبة إلى الإدخال. بالنسبة للقيم المعروضة، AV = -10. مقاومة الإدخال تساوي RI، والتي تتطابق عادةً مع المقاومة الداخلية لمصدر الإشارة، مع تحديد RF لتحقيق الكسب المطلوب. CO وCI عبارة عن مكثفات اقتران.

تتميز هذه الدائرة بمقاومة إدخال عالية. يشكل R1 وR2 مقسم جهد 1/2V+، مما يؤدي إلى انحياز المضخم التشغيلي عبر R3.

صيغة كسب الجهد هي: AV=1+RF/ر4

يتم ضبط مقاومة الإدخال بواسطة R3، حيث تتراوح R4 عادةً من عدة kΩ إلى عشرات kΩ.

يستخدم مسبار درجة الحرارةترانزستور السيليكون(3DG6) تم تكوينه كصمام ثنائي. يحتوي جهد باعث قاعدة الترانزستور على معامل درجة حرارة -2.5 مللي فولت/درجة مئوية، مما يعني أنه ينخفض ​​بمقدار 2.5 مللي فولت لكل زيادة في درجة الحرارة. يعمل Op-amp A1 كمضخم تيار مباشر غير مقلوب: تعمل درجات الحرارة المرتفعة على تقليل انخفاض الجهد عبر BG1، مما يخفض الجهد عند مدخل A1 غير المقلوب ومخرجه.

هذه عملية تضخيم خطية. يؤدي توصيل دائرة القياس أو التحكم بمخرج A1 إلى تمكين الإشارة أو التحكم الآلي.

تؤدي إزالة مقاومة التغذية المرتدة (أو التعامل معها على أنها لا نهائية) إلى وضع المضخم التشغيلي في حالة حلقة مفتوحة. على الرغم من أنه لا نهائي من الناحية النظرية، فإن كسب الحلقة المفتوحة LM324 هو 100 ديسيبل (100000×)، مما يجعله مقارنة الجهد الكهربي مع مخرجات عند مستويات عالية (V+) أو منخفضة (V- أو GND). يكون الإخراج منخفضًا عندما يتجاوز جهد الإدخال الإيجابي الإدخال السلبي.
يشكل مضخمان تشغيليان مقارنة لمستوى الجهد:

يقوم R1 وR1' بتعيين عتبة المقارنة U1 لـ A1.

R2 وR2' يحددان عتبة U2 لـ A2.

تتصل واجهة مستخدم جهد الإدخال بالمدخل الإيجابي لـ A1 والمدخل السلبي لـ A2.

إذا كانت واجهة المستخدم > U1، فستكون مخرجات A1 ​​عالية.

إذا كانت واجهة المستخدم <U2، فستكون مخرجات A2 عالية.

إما أن يؤدي الخرج العالي إلى تشغيل الترانزستور BG1، مما يؤدي إلى إضاءة مؤشر LED.

مع U1 > U2، يضيء مؤشر LED عند خروج واجهة المستخدم [U2، U1]، ويعمل كمؤشر لمستوى الجهد.

مع U2 > U1، تضيء مصابيح LED عندما تكون واجهة المستخدم ضمن [U2، U1]، وتعمل كمؤشر جهد "نافذة".
تم تعديل هذه الدائرة للاستخدام مع أجهزة الاستشعار، حيث تكتشف الحدود المزدوجة للكميات الفيزيائية، والدوائر القصيرة، والدوائر المفتوحة، وما إلى ذلك.

7. الاختيار والبدائل: الاختيارات المبنية على السيناريو

9. حزمة LM324

 

10.الخلاصة: LM324، كلاسيكي دائم الخضرة

بدءًا من الآلات الحاسبة في سبعينيات القرن الماضي وحتى المنازل الذكية في عشرينيات القرن الماضي، أثبت الطراز LM324 على مدار نصف قرن أن الكلاسيكيات الحقيقية تكمن في حل المشكلات المعقدة باستخدام أبسط التصميمات المعمارية. لا ينبع سحره من توفير مساحة القنوات الرباعية فحسب، بل أيضًا من فهمه العميق لأنظمة الإمداد الفردي - عندما يحتاج 90% من التطبيقات إلى 5 فولت فقط، فقد قام LM324 بترسيخ فلسفة "عدم الحاجة إلى إمداد مزدوج" في الحمض النووي الخاص به. بالنسبة للمهندسين،LM324هو أكثر من مجرد مكون. إنها فلسفة التصميم: تحقيق الوظائف الأكثر موثوقية بأقل عدد من الأجزاء الخارجية. في المستقبل المنظور، سيستمر مضخم العمليات هذا "الأربعة في واحد" في كتابة روايات إلكترونية بسيطة لكنها قوية في كل عقدة من سلسلة الإشارة.

المنتجات الأكثر مبيعًا من SIC

71421LA55J8                   UPD44165184BF5-E40-EQ3-A              SST39VF800A-70-4C-B3KE           IS66WV1M16DBLL-55BLI-TR       AS4C32M16SB-7BIN          W25Q16FWSNIG

AS7C34098A-20JIN       752369-581-ج               W957D6HBCX7I تي آر                   IS61LPS12836EC-200B3LI         MX25L12875FMI-10G               QG82915PL

معلومات المنتج منسيك للإلكترونيات المحدودة. إذا كنت مهتمًا بالمنتج أو كنت بحاجة إلى معلمات المنتج، فيمكنك الاتصال بنا عبر الإنترنت في أي وقت أو إرسال بريد إلكتروني إلينا: sales@sic-chip.com.