Операционный усилитель 741

Содержание

LM358 DataSheet на русском, описание и схема включения

Микросхема LM358 как написано в его DataSheet является универсальным решением, так как схема включения большинства популярных устройств весьма проста, в случаях отсутствия жестких требований к высокому быстродействию, рассеиваемой мощности и нестандартному питающему напряжению. Небольшая стоимость, отсутствие необходимости подключения дополнительных элементов частотной коррекции, возможность использования во всем диапазоне стандартных питающих напряжений (до +32В) и низкий потребляемый ток, делают его кандидатом номер один для электронных проектов с ОУ.

LM358 цоколевка

LM358 состоит из двух ОУ, каждый имеет по 4 вывода, имеющих свое назначение. Всего получается 8 контактов. Производятся в нескольких видах корпусного исполнения, для объемного DIP и поверхностного монтажа на плату SO. Так же могут встречается в усовершенствованных корпусах SOIC, VSSOP, TSSOP.

Назначение контактов для всех видов корпусов совпадает: 2,3, 5,6, — входы, 1,7 – выходы, 4 – минус источника питания, 8 – плюс источника питания.

Технические характеристики

Ниже указаны предельные допустимые значения условий эксплуатации для диапазона рабочих температур окружающей среды TA от 0 до +70 °C, если не указано иное.

Основные электрические характеристики, при температуре окружающей среды TA = 25 °C.

Рекомендуемые условия эксплуатации в диапазоне рабочих температур окружающей среды, если не указано иное:

Подверженность устройства повреждению от электростатического разряда (ESD):

Также у данного устройства есть тепловые характеристики:

Схемы подключения

Ниже приведем несколько простых схем включения lm358 которые могут вам пригодится. Все они являются ознакомительными, так что обязательно проверяйте все перед внедрением в производственной сфере.

Схема в мощном неинвертирующим усилителе.

Преобразователь напряжения — ток.

Схема с дифференциальным усилителем.

Неинвертирующий усилитель средней мощности.

Аналоги

Аналогами LM358 можно считать микросхемы в которых указываются идентичные характеристики. К таким относятся: LM158, LM258, LM2904, LM2409. Эти микросхемы незначительно отличаются от описываемой своими тепловыми параметрами и подойдут в качестве замены для большинства проектов.

Для ее замены можно использовать: GL 358, NE 532, OP 04, OP 221, OP 290, OP 295, OPA 2237, TA7 5358-P, UPC 358C, AN 6561, CA 358E, HA 17904. Отечественные аналоги lm358: КР 1401УД5, КР 1053УД2, КР 1040УД1.

Для замены также может подойти аналог по электрическим параметрам, но уже c четырьмя ОУ в одной микросхеме — LM324.

Маркировка

Префикс LM сначала использовался при маркировке общего назначения компанией National Semiconductor. Цифры “358” это ее серийный номер. В 2011 году эта компания была приобретена другим производителем электроники Texas Instruments. С этого года префикс “LM” является кодом производителя Texas Instruments, но несмотря на это, этот код используют и другие производители при маркировке своей продукции. Микросхемы LM358, LM358-N и LM358-P имеют одинаковые технические параметры. У большинства компаний-производителей символами “-N” , “-P” обозначаются пластиковые корпуса PDIP.

В технических описания встречается такие виды: LM358A, LM358B, LM358BA. Так указывается версии следующего поколения промышленного стандарта LM358. Устройства «B» могут быть доступны в более современных микрокорпусах TSOT и WSON.

Применение

Lm358 широко используется в:

устройствах типа «мигающий маяк»;
блоках питания и зарядных устройствах;
схемах управления двигателем;
материнских платах;
сплит системах внутреннего и наружного применения;
бытовой технике: посудомоечные, стиральные машины, холодильные установки;
различных видах инверторов;
источниках бесперебойного питания;
контроллерах и др.

Возможности применения микросхемы производители обычно указывают в технических описаниях на свои устройства.

Какой операционный усилитель использовать

Первые два ОУ должны быть пригодны для аудио приложений. Таковыми являются MC33182, LM833 и многие другие. Если где-нибудь в техническом описании микросхемы промелькнут слова «аудио» или «искажения», скорее всего, это будет хороший выбор. 🙂 Помните, что многие современные операционные усилители имеют узкий диапазон допустимых напряжений питания! Коэффициент усиления в каждом из этих первых двух каскадов установлен равным всего 34, поэтому здесь довольно хорошо будут работать даже более медленные ОУ, однако следите за тем, чтобы произведение их усиления на полосу пропускания равнялось хотя бы 1 МГц. У некоторых операционных усилителей, прекрасных во всех отношениях, размах выходного напряжения недостаточен для этой схемы, выходной каскад которой не имеет усиления. Меньшая амплитуда на выходе IC1b означает снижение максимальной мощности, но впрочем, большого значения это обычно не имеет. Не пытайтесь использовать ОУ LM358 в первых двух каскадах; в режиме усилителя напряжения эта микросхема создаст неприятную проблему переходных искажений.

Для выходного каскада был выбран операционный усилитель LM358. При попытках использовать любые другие микросхемы я сталкивался с какими-нибудь трудностями. Первоначально я брал более быстрые ОУ, и на 8-омном эквиваленте нагрузки они показывали хорошие результаты, однако реактивность некоторых реальных громкоговорителей вызывала возбуждение схемы. Небольшие искажения, вносимые LM358, видны как очень слабое дрожание вблизи точки пересечения нуля на частоте в несколько килогерц, однако уровень результирующих гармоник находится за пределами человеческого слуха. При использовании более быстрых ОУ фазовый сдвиг в транзисторах TIP31 и TIP32 приводил к неустойчивости схемы.

Я временно снижал усиление первых каскадов, шунтируя два резистора 33 кОм резисторами 1 кОм. С помощью анализатора нелинейных искажений я измерил, что суммарный уровень гармоник при напряжении питания от 15 В до 18 В и выходной мощности, близкой к максимальной, равен 0.16%. Для LM358 это совсем неплохо! При сопротивлении нагрузки 16 Ом и напряжении питания 18 В искажения снижались до 0.1%. Замена транзисторов на 2N2219 и 2N2905 привела к росту искажений до 0.2% при питании 12 В.

Структура ОУ[править | править код]

Несмотря на то, что проще и полезнее рассматривать операционный усилитель как чёрный ящик с характеристиками идеального ОУ, важно также иметь представление о внутренней структуре ОУ и принципах его работы, так как при разработке с использованием ОУ могут возникнуть проблемы, обусловленные ограничениями его схемотехники. Структуры ОУ различных марок различаются, но в основе лежит один и тот же принцип

ОУ второго и последующих поколений состоят из следующих функциональных блоков:

Структуры ОУ различных марок различаются, но в основе лежит один и тот же принцип. ОУ второго и последующих поколений состоят из следующих функциональных блоков:

Внутренняя схема операционного усилителя 741

Дифференциальный усилитель
Входной каскад — обеспечивает усиление при малом уровне шума, высокое входное сопротивление. Обычно имеет дифференциальный выход.
Усилитель напряжения
Выходной усилитель

Application Notes

AN-71 Micropower Circuits Using the LM4250 Programmable Op Amp (Rev. B)

PDF, 536 Кб, Версия: B, Файл опубликован: 1 май 2013This application report describes the circuit operation of the Texas Instruments LM4250, various methodsof biasing the device, frequency response considerations, and some circuit applications exercising theunique characteristics of the LM4250.
Predicting Op Amp Slew Rate Limited Response

PDF, 139 Кб, Файл опубликован: 7 окт 2002
AN-79 IC Preamplifier Challenges Choppers on Drift (Rev. B)

PDF, 940 Кб, Версия: B, Файл опубликован: 1 май 2013Since the introduction of monolithic IC amplifiers there has been a continual improvement in DC accuracy.Bias currents have been decreased by 5 orders of magnitude over the past 5 years. Low offset voltagedrift is also necessary in a high accuracy circuits. This is evidenced by the popularity of low drift amplifiertypes as well as the requests for selected low-drift op amps. However until n
Low Drift Amplifiers

PDF, 71 Кб, Файл опубликован: 2 окт 2002
LM143 Monolithic High Voltage Operational Amplifier Applications

PDF, 479 Кб, Файл опубликован: 2 май 2004Application Note 127 LM143 Monolithic High Voltage Operational Amplifier Applications
AN-480 A 40 MHz Programmable Video Op Amp

PDF, 218 Кб, Файл опубликован: 11 май 2004
Get Fast Stable Response From Improved Unity-Gain Followers

PDF, 107 Кб, Файл опубликован: 2 окт 2002
AN-711 LM78S40 Switching Voltage Regulator Applications (Rev. B)

PDF, 740 Кб, Версия: B, Файл опубликован: 7 май 2013This application note describes a new integrated subsystem that contains the control circuitry, as well asthe switching elements, required for constructing switching regulator systems.
LM118 Op Amp Slews 70 V/sec

PDF, 118 Кб, Файл опубликован: 1 окт 2002LM118 Op Amp Slews 70 V/ГѓВґsec

National Semiconductor LM4702

Р. ПоташовНовости электроники, 2, 2007 Новая микросхема LM4702 от National Semiconductor позволяет создавать усилители мощности звуковой частоты (ЗЧ) с номинальной выходной мощностью до 300 Вт и малым уровнем шума. Характерной особенностью данной микросхемы является высокий уровень питающего напряжения, что позволяет получить высокую выходную мощность при использовании внешних транзисторов.

Как показывает практика применения микросхем усилителей мощности ЗЧ (звуковой частоты), выполненных на одном кристалле, главным фактором при выборе элементной базы для звуковоспроизводящей части разрабатываемого устройства являются простота настройки и малое количество элементов обвязки. Однако в большинстве случаев качество воспроизведения звукового сигнала никак не попадает под класс HI-FI в связи с высоким процентом нелинейных искажений.

Этот факт связан не только со схемотехническими решениями подобных микросхем, но и с тем, что температуры элементов входного и выходного каскадов напрямую зависят друг от друга.

Коэффициент нелинейных искажений у этих микросхем даже при номинальной выходной мощности достигает 10%, что отчетливо прослушивается при воспроизведении. Выходная мощность подобных микросхем не превышает 100-150 Вт при нагрузке на сопротивление динамической головки 4-8 Ом. Однако существуют и более качественные элементы для построения выходных каскадов усилителей ЗЧ, например, серия микросборок STK. Они выполнены на бескорпусных элементах, расположенных на металлической подложке с использованием диэлектрических прокладок. Цена таких микросборок, как правило, в несколько раз выше, чем у подобных однокристальныхусилители мощности ЗЧ с номинальной выходной мощностью до 300 Вт с низкими гармоническими искажениями(0,005% с учетом шума)и малым уровнем шума (эквивалентное напряжение шума 3 мкВ) см. рисунок 1

LM4702 – это высокоточный стереоусилитель звуковой частоты, с встроенным высоковольтным драйвером внешних транзисторов и широкой полосой пропускания. Особенностью данной микросхемы является высокий уровень питающего напряжения до ±85 В, что позволяет получить высокую выходную мощность при использовании внешних транзисторов.

Стандартная рекомендованная производителем схема включения LM4702 приведена ниже.

Основные особенности LM4702:

Выходная мощность с внешними транзисторами до 300 Вт;
Широкий диапазон питающих напряжений ±20…85 В;
Эквивалентное напряжение шума 3 мкВ;
Рабочий диапазон температур -20°С до 85°С;
Коэффициент гармонических искажений 0,001%;
Собственный ток потребления до 30 мА;
Защита от перегрева (150 с);
Встроенная функция отключения;
Функция «приглушения» (Mute) для перевода в статический режим;
Полоса пропускания (при -3 Дб) от 20 Гц до 25000 Гц;
Корпусное исполнение TO220-15.

Готовый модуль стереофонического усилитиля мощности выполненного на LM4702

Принципиальная рекомендованная производителем схема включения LM4702

Принципиальная схема включения LM4702 с использованием в выходном каскаде MOSFET полевых транзисторов

Примечание редакции: Application Note 1490 LM4702 Power Amplifier

Дифференциальный входной каскад[править | править код]

Часть схемы, обведённая синей линией, является дифференциальным усилителем. Транзисторы Q1 и Q2 работают как эмиттерные повторители, они нагружены на пару транзисторов Q3 и Q4, включённых как усилители с общей базой. Помимо этого Q3 и Q4 согласуют уровень напряжения и обеспечивают предварительное усиление сигнала перед подачей его на усилитель класса А.

Дифференциальный усилитель из транзисторов Q1 — Q4 имеет активную нагрузку — токовое зеркало, состоящее из транзисторов Q5 — Q7. Транзистор Q7 увеличивает точность (равенство токов в ветвях) токового зеркала путём уменьшения тока сигнала, отбираемого с коллектора Q3 для управления базами транзисторов Q5 и Q6. Это токовое зеркало обеспечивает преобразование дифференциального сигнала в недифференциальный следующим образом:

Ток сигнала через коллектор Q3 поступает на вход токового зеркала, при этом выход зеркала (коллектор Q6) соединён с коллектором Q4.
Здесь токи коллекторов Q3 и Q4 суммируются, поскольку для дифференциальных входных сигналов сигнальные токи через транзисторы Q3 и Q4 равны по абсолютному значению и противоположны по направлению.

Таким образом, сумма вдвое превышает токи, текущие через транзисторы Q3 и Q4. Напряжение сигнала на коллекторе Q4 в режиме холостого хода равно произведению суммы сигнальных токов и сопротивлений коллекторов Q4 и Q6, включённых параллельно. Это произведение относительно велико, поскольку сопротивления коллекторов для токов сигнала большие.

Следует отметить, что ток базы входных транзисторов ненулевой и дифференциальное сопротивление входа ОУ 741 составляет примерно 2 MΩ.

ОУ имеет два вывода балансировки (на рисунке обозначены Offset), которые обеспечивают возможность подстройки напряжения смещения входа ОУ до нулевого значения. Для подстройки нужно подключить к выводам потенциометр.

Токовые зеркала[править | править код]

Части схемы, обведённые красной линией, являются токовыми зеркалами. Первичный ток, который задаёт все остальные токи, определяется напряжением питания ОУ и резистором 39 kΩ (плюс два падения напряжения на диодном переходе). Первичный ток составляет примерно

Iref=VS+−VS−−2Vbe39kΩ{\displaystyle I_{\text{ref}}={\frac {V_{{\text{S}}+}-V_{{\text{S}}-}-2V_{\text{be}}}{39\,{\text{k}}\Omega }}}

(1)

Режим входного каскада по постоянному току задаётся двумя токовыми зеркалами слева. Токовое зеркало, образованное транзисторами Q8/Q9, позволяет работать с большими синфазными напряжениями на входе, не выходя при этом из активного режима работы транзисторов. Токовое зеркало Q10/Q11 косвенно используется для установки тока покоя входного каскада. Этот ток устанавливается резистором 5 kΩ. Цепь задания тока смещения работает следующим образом. Если ток входного каскада начинает отличаться (отличие обнаруживает транзистор Q8) от значения, заданного транзистором Q10, это отражается в токе Q9, что приводит к изменению напряжения в точке соединения коллекторов Q9 и Q10. Это напряжение, поступая на базы Q3 и Q4, уменьшает отклонение тока входного каскада от номинального. Таким образом, постоянная составляющая тока входного каскада стабилизирована глубокой отрицательной обратной связью.

Токовое зеркало Q12/Q13 обеспечивает для постоянный ток нагрузки, этот ток практически не зависит от выходного напряжения ОУ.

Выходной каскад

Выходной каскад (обведён голубой линией) класса AB — двухтактный эмиттерный повторитель (Q14, Q20), смещение которого устанавливается умножителем напряжения Vbe (Q16 и резисторы, соединённые с его базой). На выходной каскад подаётся сигнал с коллекторов транзисторов Q13 и Q19. Диапазон выходных напряжений ОУ примерно на 1 В меньше, чем напряжение питания; это обусловлено падением напряжения на полностью открытых транзисторах выходного каскада.

Резистор сопротивлением 25 Ω в выходном каскаде служит датчиком тока. Этот резистор совместно с транзистором Q17 ограничивает ток эмиттерного повторителя Q14 на уровне примерно 25 мА. Ограничение тока в нижнем плече (транзистор Q20) двухтактного выходного каскада осуществляется путём измерения тока через эмиттер транзистора Q19 и последующего ограничения тока, текущего в базу Q15. В более новых вариантах схемотехники ОУ 741 могут использоваться несколько иные методы ограничения выходного тока.

Параметры, корпуса, аналоги

Категория Микросхемы отечественные

Микросхемы серии К140УД7- малошумящий операционный усилитель (ОУ) с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода от короткого замыкания.Выпускались в нескольких видах корпусов и поэтому маркировка микросхемы имеют небольшие отличия в маркировке:К140УД7, КР140УД7, КР140УД708, КФ140УД7, КБ140УД7-4.

Корпуса микросхем:

Корпус К140УД7 типа 301.8-2, масса не более 1,5 г., КР140УД7 типа 201.14-1, КР140УД608 типа 2101.8-1, КФ140УД7 типа 4303.8-1, КБ140УД7-4 — бескорпусный.

КФ140УД7

Схемы балансировки

Назначение выводов КР140УД7:1,2,7,8,13,14 — свободные;3,9 — балансировка;4 — вход инвертирующий;5 — вход неинвертирующий;6 — напряжение питания -U_п;10 — выход;11 — напряжение питания +U_п;12 — коррекция;

Назначение выводов К140УД7, КР140УД708, КФ140УД7:1,5 — балансировка;2 — вход инвертирующий;3 — вход неинвертирующий;4 — напряжение питания -U_п;6 — выход;7 — напряжение питания +U_п;8 — коррекция;

Параметры

1	Напряжение питания	15 В 10%
2	Диапазон синфазных входных напряжений при U_п= 15 В	12 В
3	Максимальное выходное напряжениепри U_п= 15 В, U_вх= 0,1 В, R_н = 2 кОм	10,5 В
4	Напряжение смещения нуля при U_п= 15 В, R_н = 2 кОмК140УД7, КР140УД7, КР140УД708КФ140УД7	не более 9 мВне более 6 мВ
5	Входной ток при U_п= 15 В, R_н = 2 кОм	не более 400 нА
6	Разность входных токов при U_п= 15 В, R_н = 2 кОм	не более 200 нА
7	Ток потребления при U_п= 15 В, R_н = 2 кОм	не более 3,5 мА
8	Коэффициент усиления напряженияК140УД7, КР140УД7, КР140УД708КФ140УД7	не менее 30000не менее 25000
9	Входное сопротивление	не менее 400 кОм

Предельно допустимые режимы эксплуатации

1	Напряжение питания	(5…17) В
2	Входное синфазное напряжение	12 В
3	Входное дифференциальное напряжение	не более 24 В
4	Время, в течении которого допустимо короткое замыкание выходапри T=-45…+35 ° Cпри T=+35…+85 ° Cдля КФ140УД7 при T=-10…+70 ° C	не ограниченно60 c5 c

Рекомендации к применению

Питание КФ140УД7 можно осуществлять ассиметричными напряжениями или от одного источника напряжения при условии: 10 В |U_п1|+|U_п2| 33 В. При этом нагрузка подключается к «+» или «-» источника питания. Бескорпусную ИС К140УД7-4 следует приклеивать к подложке нерабочей стороной, также должен быть обеспечен такой отвод теплоты, чтобы температура кристалла составляла не более 135 ° C.

Зарубежные аналоги µ A741HC, µ A741PC

Литература

Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 7./А. В. Нефедов. — М.:ИП РадиоСофт, 1999г. — 640с.:ил.

Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги Справочник. Перельман Б.Л.,Шевелев В.И. «НТЦ Микротех», 1998г.,376 с. — ISBN-5-85823-006-7

Интегральные микросхемы Справочник. Тарабрин Б.В.,Лунин Л.Ф.,Смирнов Ю.Н. «Радио и связь», 1983 г.,528 с. — ББК 32.844.1 И73