Как работает операционный усилитель LM324N. Какие схемы можно собрать на его основе. Каковы особенности применения LM324N в электронных устройствах. Как правильно подключать и настраивать схемы с LM324N.
Что представляет собой операционный усилитель LM324N
LM324N — это четырехканальный операционный усилитель общего назначения. Он широко применяется в бытовой и промышленной электронике благодаря следующим ключевым особенностям:
- Низкое энергопотребление — типичный ток покоя составляет всего 0.7 мА на канал
- Широкий диапазон напряжения питания — от 3В до 32В
- Возможность работы как от однополярного, так и от двухполярного источника питания
- Высокий коэффициент усиления — около 100 дБ
- Низкий входной ток смещения — около 45 нА
Благодаря этим характеристикам LM324N находит применение во множестве схем — от простых усилителей и компараторов до активных фильтров и генераторов сигналов.
Основные схемы включения LM324N
Рассмотрим несколько базовых схем на основе LM324N, которые можно легко собрать своими руками:
Неинвертирующий усилитель
Это простейшая схема усиления сигнала с коэффициентом больше единицы. Коэффициент усиления задается отношением резисторов обратной связи:
- K = 1 + R2/R1
- Где R2 — резистор в цепи обратной связи, R1 — резистор между инвертирующим входом и общим проводом
Инвертирующий усилитель
В этой схеме выходной сигнал инвертирован относительно входного. Коэффициент усиления определяется по формуле:
- K = -R2/R1
- Где R2 — резистор обратной связи, R1 — входной резистор
Компаратор напряжения
LM324N можно использовать в качестве компаратора для сравнения двух напряжений. Когда напряжение на неинвертирующем входе превышает напряжение на инвертирующем, выход переключается в высокое состояние.
Особенности применения LM324N в схемах
При разработке устройств на LM324N следует учитывать некоторые важные моменты:
- Выходное напряжение не достигает уровня напряжения питания. Типичное падение составляет 1.5-2В
- Входное напряжение не должно выходить за пределы напряжения питания
- Для стабильной работы рекомендуется использовать развязывающие конденсаторы по цепям питания
- При работе на высоких частотах может потребоваться коррекция АЧХ
Соблюдение этих правил позволит создавать надежно работающие схемы на LM324N.
Практические схемы на LM324N для самостоятельной сборки
Рассмотрим несколько полезных схем, которые можно легко собрать своими руками на основе LM324N:
Активный фильтр низких частот
Простой ФНЧ второго порядка с частотой среза около 1 кГц можно реализовать по следующей схеме:
- Неинвертирующий вход подключается через резистор 10 кОм к общему проводу
- Между выходом и инвертирующим входом — конденсатор 15 нФ и резистор 10 кОм
- От инвертирующего входа на общий провод — конденсатор 15 нФ
Такой фильтр эффективно подавляет высокочастотные помехи в аудиосистемах.
Детектор уровня заряда батареи
LM324N можно использовать для контроля напряжения батареи:
- На инвертирующий вход подается опорное напряжение с делителя
- Неинвертирующий вход подключается к контролируемой батарее через делитель
- Выход управляет светодиодом через транзистор
При разряде батареи ниже заданного уровня светодиод гаснет, сигнализируя о необходимости зарядки.
Рекомендации по монтажу схем на LM324N
Для надежной работы устройств на LM324N важно соблюдать следующие правила монтажа:
- Использовать качественные малошумящие резисторы и конденсаторы
- Размещать развязывающие конденсаторы максимально близко к выводам питания микросхемы
- Разводить сигнальные цепи короткими проводниками
- Обеспечивать надежное заземление схемы
- При необходимости применять экранирование чувствительных участков
Правильный монтаж гарантирует стабильную работу схем без самовозбуждения и паразитных наводок.
Диагностика и устранение неисправностей в схемах на LM324N
При отладке устройств на LM324N могут возникать различные проблемы. Рассмотрим типичные неисправности и способы их устранения:
Самовозбуждение усилителя
Причины:
- Слишком большой коэффициент усиления
- Паразитные обратные связи
Решение:
- Уменьшить коэффициент усиления
- Улучшить развязку каскадов
- Применить RC-цепочки в цепи ОС
Искажения выходного сигнала
Причины:
- Перегрузка по входу
- Выход за пределы линейного участка
Решение:
- Уменьшить амплитуду входного сигнала
- Скорректировать напряжение питания
Внимательный анализ схемы и измерение напряжений в ключевых точках позволяют быстро локализовать и устранить большинство неисправностей.
Расширение возможностей LM324N с помощью дополнительных компонентов
Функциональность схем на LM324N можно значительно расширить, дополнив их несколькими внешними компонентами:
Прецизионный выпрямитель
Добавление пары диодов позволяет создать активный выпрямитель без мертвой зоны, характерной для обычных диодных выпрямителей. Такая схема полезна для детектирования слабых сигналов.
Генератор прямоугольных импульсов
С помощью резисторов, конденсатора и диода на LM324N легко собрать мультивибратор, генерирующий прямоугольные импульсы. Частоту можно регулировать в широких пределах изменением номиналов RC-цепочки.
Интегратор/дифференциатор
Подключив конденсатор в цепь обратной связи, получаем интегратор напряжения. А поменяв местами резистор и конденсатор — дифференциатор. Эти схемы применяются в аналоговых вычислителях.
Таким образом, грамотное использование дополнительных компонентов позволяет создавать на основе LM324N самые разнообразные функциональные узлы.
Схема » Страница 3 » Автосхемы, схемы для авто, своими руками
Довольно востребованное устройство среди автолюбителей — подмотчик спидометра. Схемы таких устройств можно реализовать на основе микросхем генераторов или логики. Сегодня представлю две простые схемы подмотчиков, который позволяет отмотать пройденные километры вашего железного коня.
Современные охранные сигнализации — обычно довольно сложные устройства, построенные на основе микроконтроллеров. Но для охраны гаража можно с вполне достаточной эффективностью использовать и очень простое устройство. Здесь приводится описание простой и эффективной сигнализации, выполненной всего на одной микросхеме типа К561ЛЕ5 (CD4001).
Вольтметр предназначен для индикации напряжения на заряжаемом аккумуляторе. Он может измерять напряжение в пределах от 6 до 20V, что позволяет его встроить практически в любое зарядное устройство, заряжающее как аккумуляторы для портативной аппаратуры, так и свинцовые для стартеров автомобильной или мотоциклетной, тракторной техники.
Важнейшей частью любого сабвуфера является ФНЧ (фильтр низких частот). Для чего же предназначен ФНЧ? Поскольку сам сабвуфер по идее является излучателем НЧ (низкочастотных звуковых сигналов), то просто подключив выход усилителя на головку сабвуфера, мы услышим звук, такой же, как и с обычными динамиками.
LM324 операционный усилитель универсального типа, выпускается в корпусах DIP и SOIC. Микросхема нашла широкое применение в бытовой и портативной аппаратуре, содержит 4 независимых канала с рабочими напряжениями от 3до 32 Вольт. Номинал выходного тока микросхемы составляет всего 10мА.
Во дворе возле дома ночует несколько автомобилей и если у кого-то сработала сигналка все бросаются к окну и я в том числе… Все «колокола» на сигналках пищат одинаково, поэтому решил как-то изменить голос своей автоcигнализации.
Иногда в автомобиле бывает необходимость сделать мигающий светодиод или два светодиода по очереди, а возможно и фары. В этой статье описаны простые способы и схемы, которые делают светодиод мигающим.
Возможно эта статья пригодится, тому кто хочет сделать стробоскопы или ещё какие поделки на базе светодиодов.
Довольно хорошие сигнальные устройства для своего железного коня, можно построить на специализированных микросхемах. Микросхемы типа LC9806, LC9801, GE6061,GE6063,GE6065A,GE6065B и H0263A и т.п. были специально разработаны для работы в автомобильных сигнализациях и сигнальных устройствах. Микросхема из себя представляет генератор звуков, при этом количество кратковременных звуков может быть от 2-х до 12.
Скажем дружно — нет нагрузочным сопротивлениям на светодиодные повороты! Все такие дошли у меня руки до электронного реле поворотов. Проблема вот в чём, когда ставишь светодиодную лампу в поворотники они начинают часто моргать, как будто сгорела лампочка, тогда приходиться ставить какие-либо «обманки» типа нагрузочного сопротивления или ещё что. Но есть простая схема которая поможет в этом.
Добрый вечер, любители светодиодов. Хочу предложить вам ещё одну простую схему стабилизатора светодиодов, схема собрана на микросхеме L7812 навесным монтажом и отлично подходит для питания как светодиодных лент, так и отдельных светодиодов в автомобиле.
Схему этого блока защиты очень часто можно встретить в бытовых, отечественных усилителях. Это простая релейная защита, которая отключает акустические системы, при появлении постоянного напряжения на выходе усилителя мощности. Зачем нужен такой блок?
Разработал чисто электронный плавный розжиг ламп на паре мосфетов IRFH9310 и генераторе ШИМ ATTiny13А. Схема подключения усовершенствовал, размер стал гораздо меньше.
Такая система была проверена не однократно, как вариант — простой и доступный. Устройство из себя представляет терморегулятор для вентилятора, который с успехом можно использовать для автомобиля. Устройство состоит всего из 3-х компонентов — силовой транзистор, термистор на 10 килоОм и подстроечный резистор.
Я думаю, многим знакома ситуация: забыл выключить габариты — посадил аккумулятор. Да, вы скажете, на многих машинах установлена «пищалка» с завода, напоминающая о не выключенных габаритах. На моей машине такого девайса не было.
Датчик вибрации — устройство, которое реагирует на малейшие вибрации вызванные движением человека (и не только).
На основе датчика вибрации можно построить довольно хорошие охранные системы для дома и автомобиля, одно из которых мы сегодня рассмотрим.
Все своими руками Амперметр на оптронах
Амперметр с гальванической развязкой датчика тока
В статье будет рассмотрен амперметр постоянного тока с гальванической развязкой шунта относительно схемы измерения. Связь датчика тока со схемой измерения оптическая и осуществляется посредством транзисторных оптронов U1… U4 — TLP521.
В данной схеме используются четыре оптрона в одном корпусе — TLP521-4. Все виды преобразования сигнала с датчика тока R2 выполняются четырьмя операционными усилителями DA1… DA4, интегрированные также в один корпус микросхемы LM324. Схема амперметра показана на рисунке 1.
Основой этого амперметра послужила схема, размещенная в статье «Диоды вычисляют логарифмы и экспоненты в оптическом измерителе переменного и постоянного тока». Автор статьи, если я правильно понял — Stephen Woodward.
Применение оптической развязки сигналов позволяет измерять токи в цепях практически с любым напряжением. Например, для оптронов TLP521 напряжение изоляции находится в пределах пяти киловольт. И так, при подаче напряжения на вход схемы через светодиоды оптронов U1 и U2 потечет ток, величина которого зависит от величины сопротивления резистора R1. Нам необходим ток через каждый светодиод, равный 1 мА. Т.о. общий ток через резистор R1 должен быть равен 2 мА. При входном напряжении 30 вольт нам потребуется резистор с сопротивлением R1 = (Uвх – Uдиод)/I = (30 – 1)/0,002 ≈ 15кОм.
Хотя надо понимать, что из-за разброса параметров оптронов токи светодиодов будут разные, на разную величину будут открыты фототранзисторы. Т.е. на входах DA1 даже при нулевом токе будет присутствовать дифференциальный сигнал, но его потом компенсирует ОУ DA3, на инвертирующий вход которого, вывод 9, вместе с полезным сигналом подается и компенсирующее напряжение с резистора R6 через резистор R4 – напряжение установки нуля.
При возникновении тока нагрузки, проходящего через датчик тока R2, на нем происходит падение напряжения. Т.е. напряжение на выходе будет меньше, чем напряжение на входе, поэтому будут разными и токи светодиодов, в результате изменится и соотношение напряжений на входах 2 и 3 логарифматора DA1, что приведет к изменению напряжения на выходе 1. Это напряжение подается через разделительный диод VD3 на вход 5 второго логарифмирующего ОУ DA2 .
Все детали схемы смонтированы на печатной плате, ее внешний вид показан на фото ниже.
Для повышения термостабильности работы схемы все диоды логарифматоров – VD1,VD2,VD3 и VD4 смонтированы над корпусом микросхемы оптронов TLP521-4 и приклеены к нему клеящей термопроводящей пастой. Вид тюбика с пастой, приобретенного на Aliexpress, на фото слева.
Шунт в схеме использован готовый на 20 ампер – 20А 75mV 0,5. В качестве стабилизаторов напряжения на ±5В использованы микросхемные стабилизаторы LM7805 и LM7905. Величина тока потребления по цепям положительного и отрицательного напряжения находится в пределах десяти миллиампер. Можно применить и менее мощные стабилизаторы серии 78L05 и 79L05.
Не люблю писать: «При правильной сборке и исправных деталях устройство начинает работать сразу». НО! Как ни странно так оно и было, хотя сомнения одолевали. Линейность показаний точно замерить пока не удалось по техническим причинам, думаю, что сделаю рабочее место и сниму данные по линейности. Но уже сейчас после небольших испытаний можно говорить о хорошей линейности от 0,7А до 11А.
Удачи. К.В.Ю.
Скачать статью и файлы проекта.
Амперметр_на_оптронах (529 Загрузок)
Просмотров:1 824
Метки: Ампермерт, постоянного тока, Самодельный
Операционный усилитель— компаратор LM324N, почему выход не достигает v+?
\$\начало группы\$
Я пытаюсь использовать LM324N в качестве компаратора.
Вот схема и осциллограммы. Как видите, выход не превышает ~3,8 В, почему он не достигает 5 В? Я ошибаюсь, ожидая, что выход достигнет 5 В?
Также обратите внимание, что я сначала сделал это без резисторов обратной связи и просто с разомкнутым контуром с тем же результатом, а затем скопировал их пример схемы для компаратора из таблицы данных.
- операционный усилитель
- смещение
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Если вы посмотрите на техническое описание, то увидите, что падение напряжения на 1,2 В при высоком уровне выходного сигнала и подаче даже небольшого тока, например, в несколько мкА, является вполне типичным.
Причина связана с конструкцией выходного каскада, которую вы можете видеть на рис. 8.2 — к положительной шине подключена пара Дарлингтона NPN.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Из размеченного листа данных вы можете использовать подтяжку 1k , 10k или ниже, например 470, для более быстрой скорости нарастания.
Если вам нужно надежное решение и у вас нет особых требований к току нагрузки, добавьте подтягивающий резистор в соответствии с вашими потребностями. Выходное сопротивление нижней стороны будет < 100 Ом в режиме ограничения тока, а высокой стороны будет ваш подтягивающий резистор выше 3,8 В и ниже того, что буферизуется Дарлингтоном.
Ограничение по току предусмотрено конструкцией и измеряется путем принудительной установки выхода на максимум и последующего замыкания на другую шину для измерения тока.
Лучшим решением могла бы быть логика переменного тока КМОП в сочетании с отрицательной обратной связью, которая часто использовалась в КМОП CD4xxx несколько десятилетий назад.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
LM324 очень старый.
Если вам нравится его плохой высокочастотный выход, используйте современный LMV324, который имеет входы и выходы, работающие по принципу «rail-to-rail». Осторожно, его максимально допустимое напряжение питания составляет 5,5 В.
\$\конечная группа\$
1
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
9Операционный усилитель 0000. Как LM324 может работать в режиме двойного питания, если у него есть только 2 контакта для питания?Если вы, например, подключите контакт GND к -5 В, а контакт VCC к 5 В, 0 В (мы будем называть его сигнальной землей) вступает в игру, когда вы начинаете подключать цепи. Например, давайте сначала рассмотрим конструкцию с одной направляющей.
Предположим, вы подключили операционный усилитель в качестве простого усилителя, +5 В к контакту VCC. GNd подключен к GND. инвертирующий вход подключен к выходу. Теперь подключите сигнал к неинвертирующему входу. Операционный усилитель будет регулировать выходное напряжение до тех пор, пока оба входа не будут иметь одинаковое напряжение. Поскольку выход и инвертирующий вход всегда имеют одинаковое напряжение, это означает, что выход просто отслеживает неинвертирующий вход. Если вы добавите пару резисторов, один между инвертирующим входом и выходом (R1), а другой между инвертирующим входом и землей (R2), они образуют делитель напряжения.
Теперь инвертирующим входом является Vo*(R1/R2). Но оба входа равны, поэтому Vo*(R1/R2)=Vin, поэтому Vin*(R2/R1)=Vin. Если R2 больше, чем R1, у вас есть усилитель. Если R1 больше, чем R2, у вас есть аттенюатор. Но он работает только на сигналах от 0 до +5В. Если ваш сигнал колеблется менее 5 В, у вас проблемы. Он просто обрезает эту часть.
Итак, теперь возьмите схему и вместо подключения операционного усилителя между 5 В и 0 В (земля) подключите его между +5 В и -5 В. При настройке в первой конфигурации «повторителя напряжения» никаких дополнительных изменений в исходной схеме не требуется. Когда входной сигнал становится положительным, операционный усилитель отслеживает его, регулируя выходной сигнал до тех пор, пока оба входных сигнала не станут одинаковыми. Точно так же, когда он колеблется в минус, он делает то же самое. Насколько может судить операционный усилитель, он находится между 0 и 10 В и получает входной сигнал 5 В, который колеблется между значениями меньше и больше 5 В.
Это потому, что всякий раз, когда вы указываете напряжение, вы указываете относительно какой-то другой точки. Вы измеряете напряжение ПОПЕРЕЧНО компоненту. Во многих случаях эта точка является заземлением, но иногда она находится на резисторе или каком-либо другом компоненте.
Но предположим, что вы хотите реализовать вторую цепь с раздельной шиной питания. Это тоже просто. Подключите операционный усилитель так, чтобы он питался от +5 В и = 5 В, как мы только что сделали. Теперь, еще раз, один резистор идет между инвертирующим входом и выходом. Предположительно у нас есть ТРИ провода питания, +5В, -5В и земля (0В). Подключите второй резистор между инвертирующим входом и заземлением. Теперь схема работает точно так же, за исключением того, что операционный усилитель может изменять свое выходное напряжение от +5 до -5 В, чтобы получить одинаковое значение на обоих входах. Выход по-прежнему Vo=(R2/R1)*Vin, но теперь он может быть как положительным, так и отрицательным.
На самом деле, предположим, что вы используете 9-вольтовую батарею для питания вашей схемы, но вы все еще хотите иметь возможность сделать усилитель, который может работать с положительными и отрицательными сигналами.
Где взять 0v? Просто возьмите пару резисторов, скажем, 5000 Ом или около того. Подключите их к вашей 9-вольтовой батарее. Через эти резисторы будет протекать менее мА. На каждом из них будет падать половина напряжения (поскольку они одинакового размера). Таким образом, точка между ними будет 4,5 В. Но поскольку это батарея, которая не подключена ни к чему другому, вы можете называть эту точку 0 В. это твоя земля. Таким образом, отрицательная клемма -4,5, а положительная клемма — +4,5. Например, когда вы подключаете это к источнику звука, посмотрите на разъем. у него есть наконечник, который является сигналом, и гильза, которая является заземлением. Подключите его к земле в вашем усилителе, и все готово.
(А как насчет ответа на вопрос, какого размера резисторы вам нужны. Ведь только отношения резисторов задают усиление и точку заземления. Так почему бы не выбрать что-то действительно очень большое (1 000 000 000 Ом) или действительно очень мало 0,001 Ом). Фактически операционный усилитель потребляет от одной десятой до полного микроампер.
Предположим, мы сделали сопротивление очень большим, например, 10 миллионов Ом.
Тогда ток через делитель напряжения очень мал, около 100 мкА. Когда вы получаете ток от делителя напряжения, больший ток протекает через один резистор, меньший через другой, и выходное напряжение изменяется (поскольку сопротивление входа аналогично 10 миллионам Ом вашего делителя). Таким образом, делители напряжения работают правильно только тогда, когда вы берете небольшое количество тока по сравнению с количеством, протекающим через всю цепь делителя. Поэтому вам нужно сделать делитель напряжения с достаточно низкими значениями, чтобы напряжение оставалось достаточно постоянным, когда вы загружаете его, подключая его к входу.
Так почему бы не сделать это очень низко, скажем, на одну десятую ома. Таким образом, ваш делитель потребляет около 10 ампер. Это убивает вашу маленькую батарею за считанные секунды и плавит провода, если только вы не используете очень большие кабели, а резисторы должны быть ОГРОМНЫМИ.
из волшебного дыма (сгореть). Таким образом, хотя nA из 10A не меняет заметно напряжение от делителя, это просто нецелесообразно. Даже большие значения, например, 100 Ом, которые потребляют 100 мА, вероятно, слишком велики в этой схеме. Операционный усилитель, вероятно, может выдать только 100-150 мА, и вы уже использовали большую часть этого, и ваша батарея скоро разрядится, просто создавая напряжение в цепи, не делая ничего полезного.
Все это звучит сложно, но вместо того, чтобы заниматься математикой, вы можете просто сделать обоснованное предположение. Я выбрал 5 кОм для моего делителя напряжения выше, потому что он потребляет меньше мА, поэтому он не убьет батарею быстро, и это в 1000 или более раз больше 100-200 нА, которые потребляет вход операционного усилителя. Точно так же вы, вероятно, выбрали бы резисторы в цепи обратной связи, чтобы добавить около 10 кОм или около того (или 8 кОм или 20 кОм было бы хорошо), чтобы делитель между выходом и инвертирующим входом собирался потреблять около мА при полном размахе.
