Сред многото микросхеми, представени на съвременния пазар на микроелектронни компоненти, има истински легенди, които с право са спечелили високата си репутация. В тази статия ще се съсредоточим върху четири такива легендарни аналогови чипа, а именно: NE555, A741, TL431 и LM311.

Аналоговата интегрална схема е универсален таймер. Той успешно служи в много съвременни електронни схеми за получаване на повтарящи се или единични импулси с постоянни времеви характеристики. Микросхемата е по същество асинхронна, има специфични входни прагове, които са прецизно зададени от вътрешни аналогови компаратори и прецизен делител на напрежението.

Интегрираната структура на микросхемата включва 23 транзистора, 16 резистора и 2 диода. NE555 все още се предлага днес в различни опаковки, но е най-популярен в опаковките DIP-8 и SO-8 и именно в тази форма може да се намери на много платки. Местните производители произвеждат аналози на този таймер, наречен KR1006VI1.

Историята на микросхемата NE555 започва през 1970 г., когато Ханс Камензинд, служител на американската микроелектронна компания Signetics, служител на американската микроелектронна компания Signetics, PLL специалист, работещ в гаража си, отстранява грешки в PLL верига с VCO, чиято честота вече не зависи от напрежението.

Тази разработка по-късно е наречена NE566 и съдържа всички елементи на бъдещия таймер NE555, включително компаратори, тригер и ключ. Веригата може да генерира триъгълни импулси с амплитуда, зададена от вътрешен делител, и с честота, зададена от външна RC верига.

Ханс Камензинд продаде разработката си на Signetics, след което предложи да я усъвършенства до чакащ мултивибратор - генератор на единични импулси. Идеята не беше подкрепена веднага, но ръководителят на продажбите в Signetics, Art Fury, настоя и проектът беше одобрен, бъдещият чип беше наречен NE555 (NE от SigNEtics).

Отне още няколко месеца за финализиране и отстраняване на грешки в таймера и в крайна сметка през 1971 г. започнаха продажбите на NE555 в пакет с осем пина на цена от 75 цента. Днес функционални аналози на оригиналния NE555 се предлагат в различни биполярни и CMOS варианти от почти всички големи производители на електроника.

Нека сега разгледаме разпределението на щифтовете на интегралния таймер NE555, това ще позволи на читателя да разбере причината, поради която тази микросхема е придобила огромна популярност както сред специалистите, така и сред радиолюбителите.

Първият извод е земята. Свързва се към отрицателния проводник на захранването.

Вторият изход е тригер. Когато напрежението на този щифт е под 1/3 от захранващото напрежение, таймерът стартира. В този случай токът, консумиран от този вход, не надвишава 500 nA.

Третият извод е изходът. Когато таймерът е включен, напрежението на този щифт е с 1,7 волта по-малко от захранващото напрежение, а максималният ток на този щифт достига 200 mA.

Четвъртият изход е нулиран. Когато към този изход се приложи ниско напрежение под 0,7 волта, микросхемата преминава в първоначалното си състояние. Ако не се изисква нулиране при работа във веригата, този щифт просто се свързва към плюса на източника на захранване на микросхемата.

Петият извод е контролът. Този изход е под референтното напрежение и е свързан към инвертиращия вход на първия компаратор.

Шестият извод е прагът, спрете. Когато напрежение, по-високо от 2/3 от захранващото напрежение, бъде приложено към този щифт, таймерът ще спре и изходът му ще бъде настроен на покой.

Седмото заключение е освобождаването от отговорност. Когато изходът на IC е нисък, този щифт вътре в IC е свързан към земята, а когато изходът на IC е висок, този щифт е изключен от земята. Този изход е в състояние да издържи ток до 200 mA.

Осмото заключение е храненето. Този изход е свързан към положителния проводник на захранването на микросхемата, чието напрежение може да бъде от 4,5 до 16 волта.

Чипът NE555 намери широко приложение поради своята гъвкавост. На негова основа са изградени генератори, модулатори, релета за време, прагови устройства и много други компоненти на различно електронно оборудване, чието разнообразие е ограничено само от въображението и креативността на инженерите и разработчиците.

Примери за задачи, които трябва да бъдат решени, са: функцията за възстановяване на цифров сигнал, изкривен в комуникационни линии, филтри за бърборене, импулсни захранвания, контролери за включване и изключване в системи за автоматично управление, контролери с ШИМ, таймери и много други.

Допълнителни материали за чипа NE555:

uA741 е операционен усилвател, базиран на биполярни транзистори. Това второ поколение операционен усилвател, проектиран през 1968 г. от инженера на Fairchild Semiconductor Дейвид Фулагар, е модификация на операционния усилвател LM101, който изисква външен изравнителен кондензатор. До uA741 вече не е необходим външен кондензатор, защото тук той веднага се инсталира на самия чип.

Характеристиките на uA741 бяха перфектни за това време, а лекотата на използване на чипа допринесе за широкото му използване. Така uA741 се превърна в универсален стандартен операционен усилвател и до днес неговите аналози се произвеждат от много производители на микроелектронни компоненти, например: AD741, LM741 и вътрешния аналог - K140UD7. Тези микросхеми се произвеждат както в DIP, така и в чипове.

Операционните усилватели се основават на същия принцип, разликите са само в структурата. Операционните усилватели от второ и следващи поколения включват следните функционални блокове:

Предният край е диференциален усилвател, осигуряващ висок входен импеданс и ниско усилване на шума.

Усилвател на напрежение с високо усилване, честотната характеристика се търкаля като еднополюсен нискочестотен филтър. Няма разлика, единственият изход.

Изходен етап (усилвател), който осигурява висок капацитет на натоварване, нисък изходен импеданс и осигурява защита от късо съединение и ограничаване на изходния ток.

Интегриран кондензатор от 30 pF осигурява честотно зависима отрицателна обратна връзка, която подобрява стабилността на операционния усилвател при работа с външна обратна връзка. Това е така наречената компенсация на Милър, която функционира почти като интегратор, изграден върху операционен усилвател. Честотната компенсация дава на операционния усилвател безусловна стабилност в широк диапазон от условия и по този начин опростява използването му в широк набор от електронни устройства.

Изходното стъпало uA741 има резистор 25 ома, който служи като сензор за ток. Заедно с транзистора Q17, този резистор ограничава тока на емитерния повторител на Q14 до около 25 mA. В ниската страна на изходното стъпало на push-pull, ограничаването на тока през транзистора Q20 се осъществява посредством транзистор Q19 през емитера и след това ограничава тока, протичащ в основата на Q15. По-новите модификации на веригата uA741 може да използват малко по-различни методи за ограничаване на изходния ток от описаните тук.

Чипът има два офсетни щифта за балансиране, което ви позволява да регулирате отместването на входа на операционния усилвател до точно нула. За тази цел може да се използва външен потенциометър. Захранващото напрежение на микросхемата може да достигне от + -18 до + -22 волта, в зависимост от модификацията, но препоръчителният диапазон е от + -5 до + -15 волта.

Вижте също по тази тема:

TL431 е пуснат на пазара от Texas Instruments през 1978 г. като прецизен регулируем регулатор на напрежението. Предишната версия беше по-малко точният чип TL430. Днес TL431 се произвежда от много производители под маркировките: LM431, KA431, а вътрешният му аналог е KR142EN19A.

TL431 е по същество контролиран ценеров диод, често срещан в пакет с три извода TO-92. Тази микросхема може би може да се види на борда на всеки от съвременните, поне във веригата за галванична изолация на вторичните вериги.

Микросхемата се регулира доста просто: когато към управляващия електрод се приложи напрежение над прага от 2,5 волта, вътрешният транзистор, който действа като ценеров диод, преминава в проводящо състояние.

Значението на щифтовете е очевидно от блоковата диаграма:

Първият изход е управляващият електрод.

Второто заключение - има функцията на анода на ценеровия диод.

Третият извод - играе ролята на катод на ценеровия диод.

Работното напрежение на катода може да бъде в диапазона от 2,5 до 36 волта, а токът в проводящо състояние не трябва да надвишава 100 mA, докато контролният ток не надвишава 4 μA. Вътрешното еталонно напрежение е оценено на 2,5 волта.

Микросхемата е толкова лесна за настройка и използване, че вече е намерила най-широко приложение в различни електронни устройства, от импулсни захранвания, където традиционно работи заедно с оптрон, до сензори за светлина и температура.

Днес е трудно да се намери домакински уред, където няма TL431, поради тази причина тази микросхема се предлага в много различни случаи. По този начин TL431 е отличен за изграждане на вериги за обратна връзка в напълно различни аспекти на тази концепция.

Примери за използване на чипа TL431:

Аналоговият компаратор LM311 се произвежда от 1973 г. от National Semiconductor (от 23 септември 2011 г. компанията официално е част от Texas Instruments). Вътрешният аналог на този компаратор е KR554CA3.

Този интегриран компаратор на напрежение има много нисък входен ток (150 nA). Той е проектиран специално за използване в широк диапазон от захранващи напрежения: от стандартни + - 15V до еднокрайни + 5V, традиционни за цифровата логика. Изходът на компаратора е съвместим с TTL, RTL, DTL и MOS нива.

Неговият изходен етап с отворен колектор ви позволява директно да заредите изхода към реле или лампа с нажежаема жичка и да превключвате ток до 50 mA при напрежение до 50 V. Консумираната мощност на микросхемата е само 135 mW, когато се захранва с напрежение + -15 V. Листът с данни за компаратора LM311 показва много типични схеми за неговите приложения.

Микросхемата съдържа 20 резистора, 22 биполярни транзистора, 1 полеви транзистор и 2 диода. Входът и изходът на LM311 могат да бъдат изолирани от земята на веригата, така че изходната верига на IC да задвижва заземен товар или товар, свързан към отрицателния или положителния полюс на захранването.

Веригата на компаратора има способността да балансира преместването и стробирането, а изходите на няколко LM311 могат да бъдат свързани в жична ИЛИ верига. Вероятността от фалшиви положителни резултати в този чип е много ниска.

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

FGOBU VPO „МОСКОВСКА ДЪРЖАВНА МИННА ДЕЯТЕЛЬНОСТ
УНИВЕРСИТЕТ"

Катедра Електротехника и информационни системи

Резюме по темата:

"Правоъгълни генератори на сигнали на операционни усилватели"

Завършено:

Черечукин А.В.

Проверено:

Шагаев О.Ф.

Москва

Генератори на квадратни вълни на операционни усилватели

Операционен усилвател (OU) е DC усилвател с диференциален вход и, като правило, един изход, с голямо усилване. Операционните усилватели почти винаги се използват във вериги с дълбока отрицателна обратна връзка, която, поради високото усилване на оп-усилвателя, напълно определя усилването на получената верига.

Понастоящем операционните усилватели се използват широко, както под формата на отделни чипове, така и под формата на функционални блокове като част от по-сложни интегрални схеми. Такава популярност се дължи на факта, че операционният усилвател е универсална единица с характеристики, близки до идеалните, на базата на които могат да бъдат изградени много различни електронни компоненти.

Операционните усилватели (ОП) са основната част от всички съвременни електронни измервателни уреди. Исторически операционните усилватели са разработени в областта на аналоговите изчисления, където тези схеми са разработени за сумиране, изваждане, умножение, интегриране, диференциране и т.н., за да се решат диференциални уравнения в много технически проблеми. Днес аналоговите изчислителни устройства до голяма степен са заменени от цифрови, но високата функционалност на оп-усилвателите все още намира своето приложение и затова те се използват в много електронни схеми и устройства.

Вътрешна схема на операционен усилвател от серия 741

1. Диференциален усилвател - предназначен да усилва сигнала, има ниско ниво на собствен шум, висок входен импеданс и обикновено диференциален изход.
2. Усилвател на напрежение - Осигурява усилване на сигнала с високо напрежение, има еднополюсна честотна характеристика и обикновено има един изход.
3. Изходен усилвател - Осигурява висок капацитет на натоварване, нисък изходен импеданс, ограничаване на тока и защита от късо съединение.

Генератор на сигнали- това е устройство, което ви позволява да получавате сигнал от определено естество (електрически, акустичен и т.н.), който има определени характеристики (форма, енергийни или статистически характеристики и т.н.). Генераторите се използват широко за обработка на сигнала, измервания и други приложения. Състои се от източник (устройство със самовъзбуждане, като усилвател, обхванат от верига за положителна обратна връзка) и драйвер (като електрически филтър)

Приложение. Неразделна част от почти всяко електронно устройство е генераторът. В допълнение към генераторите на тестови сигнали, които се изработват като отделни продукти, е необходим източник на регулярни трептения във всяко периодично работещо измервателно устройство, в устройства, които инициират измервания или технологични процеси, и изобщо във всяко устройство, чиято работа е свързана с периодични състояния или периодични колебания. Например осцилатори със специална форма се използват в цифрови измервателни уреди, осцилоскопи, радиоапарати, телевизори, часовници, компютри и много други устройства.

Схематично електронният осцилатор е усилвател, покрит с положителна обратна връзка. Дискретни транзисторни вериги, цифрови интегрални схеми, интегрирани таймери и операционни усилватели могат да се използват като усилвател. Използването на операционен усилвател ви позволява да изградите стабилни многофункционални генератори с добро възпроизвеждане на формата на изходния сигнал, минимални по размер.

Генераторите на импулсни сигнали или генераторите на импулси са проектирани да приемат електрически трептения с рязко несинусоидална форма, наречени релаксационни трептения, от източник на постоянно напрежение. Такива колебания се характеризират с наличието на области с относително бавна промяна на напрежението и области, където напрежението се променя рязко.

Генераторите на импулси се характеризират с наличието на външна и вътрешна положителна обратна връзка (ОС), която определя възможността за тяхното самовъзбуждане и преходния (лавинен, регенеративен) процес на преход на активните елементи на генератора от едно крайно (затворено, отворено) в друго (отворено, затворено) състояние.

Генераторите на импулси са разделени на генератори правоъгълен, трапецовидни, зъбни сигнали (импулси)

Нека спрем на правоъгълен IP, който може да работи в три основни режима: автоосцилиращ, изчакващ и в режим на синхронизация.

Генераторите, предназначени да произвеждат правоъгълни трептения, се наричат ​​мултивибратори. За разлика от генераторите на хармонични колебания, мултивибраторът използва верига за обратна връзка от първи ред, а активният елемент работи в нелинеен режим.

Мултивибраторите работят в режим на собствено колебание или в режим на готовност. Съответно се разграничават самоосцилиращи и моностабилни (изчакващи) мултивибратори.

Схема на самоосцилиращ мултивибраторна операционен усилвател е показано на фиг. 6.4.1. Активният елемент е инвертиращ тригер на Шмит, реализиран върху операционния усилвател и резисторите R1, R2. Резисторът R 3 и кондензаторът С образуват синхронизираща верига, която определя продължителността на генерираните импулси.

Операционният усилвател е покрит с положителна обратна връзка (верига R 1 - R 2) и е в режим на насищане, така че напрежението на изхода и навън \u003d ± и us. Превключването на оп-усилвателя от положително към отрицателно насищане и обратно се случва, когато напрежението на инвертиращия вход достигне положителните и отрицателните прагове, равни съответно на +PU us и -0U us. Тук P е коефициентът на обратна връзка: p \u003d R 1 / (R 1 + R 2).

Времева константа t \u003d R 3 C. В момента t l, напрежението u C (t) достига стойността PU us, операционният усилвател преминава в състояние на отрицателно насищане. Изходното напрежение рязко придобива стойност, равна на - и нас. Кондензаторът започва да се презарежда. Напрежението u C (t) варира според

Мултивибраторът на фиг. 6.4.1 е симетричен, тъй като положителните и отрицателните импулси са равни. Положителни и отрицателни импулси с различна продължителност могат да се получат в асиметричния мултивибратор, показан на фиг. 6.4.4. Презареждането на кондензатора по време на формирането на положителни и отрицателни импулси се извършва чрез различни резистори. Когато напрежението на изхода на оп-усилвателя е положително, диодът VD1 е отворен и презареждането става с времева константа t 1 \u003d R 3 C. Когато напрежението на изхода на оп-усилвателя

отрицателен, диодът VD2 е отворен и времевата константа t 2 \u003d R 4 C. Можете да промените продължителността на положителните и отрицателните импулси чрез промяна на съпротивленията на резисторите R 3 и R 4.

Чакащи мултивибратори. Целта на такива устройства е да получават единични импулси с определена продължителност. Схемата на чакащия мултивибратор е показана на фиг. 6.4.5. Изходният импулс възниква, когато
прилагане на специален тригерен сигнал към входа. Тъй като на входа е включена диференцираща верига, формата и продължителността на такъв сигнал могат да бъдат произволни.

Устойчивото състояние на резервния мултивибратор се постига чрез включване на диода VD паралелно на кондензатора C l . Когато изходното напрежение е u u = -u us, диодът е отворен и напрежението на кондензатора е u c ≈ 0,7 V.

Диференциалното напрежение на входа на операционния усилвател е отрицателно и веригата е в стабилно състояние. Този режим съответства на интервала 0 - t l на фиг. 6.4.6. Когато към входа се приложи импулс с положителна полярност в момента tj, диференциалното напрежение на входа на операционния усилвател става положително и операционният усилвател преминава в състояние на положително насищане: U out (t x) = + U sat. Диодът се затваря и кондензаторът C x започва да се зарежда. Когато напрежението на инвертиращия вход на операционния усилвател достигне ri us (момент t 2), диференциалното напрежение става отрицателно и операционният усилвател превключва в състояние на отрицателно насищане: U out (t 2) = -U us. Напрежението и C (t) започват да намаляват. Когато u C (t) достигне - 0,7 V, диодът се отваря и веригата отново е в стабилно състояние.

Библиография.

http://beez-develop.ru/index.php/faq/useful-shems/73--square-generator

http://gendocs.ru/v12155

Име на модела: LM741CN

Подробно описание

производител: National Semiconductor

Описание: IC, операционен усилвател, КОМПЕНСИРАН, DIP8, 741

Резюме на документа:
Операционен усилвател LM741
август 2000 г
Операционен усилвател LM741
Общо описание
Серията LM741 са операционни усилватели с общо предназначение, които се отличават с подобрена производителност спрямо индустриалните стандарти като LM709.

Те са директни заместители на плъгини за 709C, LM201, MC1439 и 748 в повечето приложения. Усилвателите предлагат много функции, които правят приложението им почти безупречно: защита от претоварване на входа и изхода, липса на блокиране при превишаване на обхвата на общия режим, както и свобода от трептения. LM741C е идентичен с LM741/LM741A, с изключение на това, че LM741C има гарантирана производителност в температурен диапазон от 0°C до +70°C, вместо от -55°C до +125°C.

Спецификации:

• Тип операционен усилвател: Общо предназначение
• Брой усилватели: 1
• Честотна лента: 1 MHz
• Скорост на завъртане: 0,5 V/µs
• Диапазон на захранващото напрежение: 10V...36V
• Тип на кутията: DIP
• Брой щифтове: 8
• SVHC: Няма SVHC (15 декември 2010 г.)
• Тип усилвател: Компенсиран
• Семейство: 741
• Маркировка: LM741CN
• Качествен фактор: 1,5 MHz
• IC общ номер: 741
• Работен температурен диапазон: Търговски
• Максимално входно преднапрежение: 6 mV
• Брой логически функции: 741
• Характеристики на операционния усилвател: Компенсиран усилвател
• Захранващо напрежение (+) номинално: 15 V
• Метод на монтаж: през отвор

Допълнителни аксесоари:

• Fairchild-LM741CN
• Fischer Elektronik - ICK SMD A 8 SA
• National Semiconductor-LM741CN

Изпълнение: DIP8. IC, КОМПЕНСИРАН OP-AMP, TUBE40; Усилватели, не. от: 1; Тип операционен усилвател: Общо предназначение; Усилване, честотна лента -3dB:1MHz; Скорост на завъртане: 0,5; Напрежение, Захранване Min:10V; волтаж,...

Операционен усилвател 741

Операционен усилвател 741 (други обозначения: uA741, μA741) е универсален интегрален операционен усилвател от второ поколение, базиран на биполярни транзистори. Оригиналният μA741 е изобретен през 1968 г. от Дейвид Фулагар от Fairchild Semiconductor, базиран на LM101, проектиран от Боб Уидлар. За разлика от LM101, който се основава на външен изравнителен кондензатор, μA741 използва този кондензатор на IC матрица. Лекотата на използване и отличното представяне на μA741 за времето си доведоха до широкото използване на новата схема и го направиха "типичния" универсален операционен усилвател.

структура на ОС

Въпреки че е логично да мислим за операционен усилвател като за черна кутия с характеристиките на идеален операционен усилвател, също така е важно да имате познания за вътрешната структура на операционния усилвател и как работи, тъй като проектирането с операционен усилвател може да бъде проблематично поради ограниченията на неговата схема.

Структурата на операционния усилвател се различава от различните производители, но в основата е същият принцип. ОС от второ и следващи поколения се състоят от следните функционални блокове:

1. Диференциален усилвател

• Входно стъпало - осигурява усилване при ниско ниво на шум, висок входен импеданс. По правило той има диференциален изход.

2. Усилвател на напрежението

• Има високо усилване на напрежението, спад като еднополюсен нискочестотен филтър, обикновено единичен (т.е. недиференциален) изход.

3. Изходен усилвател

• Изходно стъпало - Осигурява висок токов капацитет, нисък изходен импеданс, ограничаване на изходния ток и защита от късо съединение на товара.

Актуални огледала

Елементът на веригата, ограден в червено, е токово огледало. Първичният ток, който определя всички останали токове, се определя от захранващото напрежение на операционния усилвател и резистор от 39 kΩ (плюс два спада на напрежението през диодния преход).

Диференциално входно стъпало

Елементът на веригата, ограден в синьо, е диференциалният усилвател. Транзисторите Q1 и Q2 действат като емитерни последователи, те се зареждат от двойка транзистори Q3 и Q4, свързани като усилватели с обща база. В допълнение, Q3 и Q4 съответстват на нивото на напрежение и осигуряват предварително усилване на сигнала, преди да бъде подаден към усилвателя от клас А.

Изходен етап

Изходното стъпало (оградено в синьо) клас AB е двутактен емитерен повторител (Q14, Q20), чието изместване се определя от умножител на напрежение Vbe (Q16 и резистори, свързани към неговата основа). Изходният етап получава сигнал от колекторите на транзисторите Q13 и Q19. Диапазонът на изходното напрежение на операционния усилвател е приблизително 1 V по-малък от захранващото напрежение; това се дължи на спада на напрежението върху напълно отворените транзистори на изходния етап.