1. Introduction: le quad op-ample "polyvalent"
Dans le monde des circuits électroniques,le LM324est un ingénieur polyvalent, servant de composant central à travers le contrôle industriel, l'électronique grand public et les dispositifs médicaux grâce à son intégration quad-canal, à une adaptabilité à large tension et à sa rentabilité. Cet ampli classique, né dans les années 1970, continue de prospérer avec sa compatibilité pour un approvisionnement unique 3V ~ 32V (double approprié ± 1,5 V ± ± 16V), une bande passante de 1,2 MHz et un taux de balais de 0,5 V / μs. Qu'il s'agisse d'amplifier les signaux de capteur au niveau du microvolt ou de convertir des niveaux dans des systèmes 5V, le LM324 obtient un contrôle précis avec des circuits minimalistes.
2. Caractéristiques de base: la conception "robuste" quatre en un
2.1. Architecture matérielle: quatre canaux indépendants pour le réseautage flexible
Intrégré en interne avec quatre alimentations de partage d'amplifications opérationnelles entièrement différentielles (broche 4 pour VCC, broche 11 pour GND), chaque canal comprend des entrées non inversées (IN +), des entrées (in-) inversées et une sortie unique (OUT). L'étape d'entrée différentielle prend en charge une tension en mode commune couvrant le rail d'alimentation négatif (jusqu'à 0V en mode monocturé), éliminant le besoin de biais supplémentaire pour interfacer directement avec des capteurs de bas niveau comme les thermocouples et les jauges de contrainte.
2.2. Robustesse électrique: large tension, faible puissance et protection
Adaptabilité de tension: Alimentation unique de 3V (batteries au lithium) à 32 V (bus industriel), double alimentation de ± 1,5 V (dispositifs portables) à ± 16V (instruments), en montant plus de 90% des tensions système.
Contrôle de l'énergie: Courant au repos de seulement 375 μA par canal, consommation d'énergie totale <1,5 mA pour quatre canaux, idéal pour les nœuds IoT alimentés par batterie.
Mécanismes de sécurité: Protection de court-circuit de sortie (soutient le court-circuit continu), le serrage ESD d'entrée (± 2kV HBM), résilient par rapport aux erreurs de soudage PCB.
2.3. Paramètres de performance: équilibrer la praticité et le coût
Paramètre | Valeur typique | Proposition de valeur clé |
|---|---|---|
Gain en boucle ouverte | 100 dB | Assure la précision en boucle fermée, erreur <0,1% à 10 × gain |
Courant de biais d'entrée | 20na | Suite des capteurs à haute impédance (par exemple, les électrodes de pH) |
Swing de sortie (5V) | 0,05 V ~ 4,8 V | Près du rail à rail, entraîne directement des circuits logiques 5V |
Plage de température | 0 ℃ ~ 70 ℃ | Couvre 90% des demandes civiles; Grade industriel LM224 disponible |
3. Décodage des broches: le "socket universel" de 14 broches "
En prenant le package Dip-14 à titre d'exemple, les fonctions de PIN suivent une structure "3 + 1" (trois amplifications opérationnelles + alimentation commune):
| Numéro d'épingle | Nom de broche | Description |
|---|---|---|
| 1 | Sortie 1 | Sortie de l'ampoule 1 |
| 2 | Entrée 1- | Inversion d'entrée de l'ampoule 1 |
| 3 | Entrée 1+ | Entrée non inversée de l'ampoule 1 |
| 4 | VCC | Tension d'alimentation positive |
| 5 | Entrée 2+ | Entrée non inversée de l'OP-AMP 2 |
| 6 | Entrée 2- | Inversion d'entrée de l'ampoule 2 |
| 7 | Sortie 2 | Sortie de l'ampoule 2 |
| 8 | Sortie 3 | Sortie de l'ampoule 3 |
| 9 | Entrée 3- | Inversion d'entrée de l'ampoule 3 |
| 10 | Entrée 3+ | Entrée non inversée de l'ampoule 3 |
| 11 | Vee / GND | Tension d'alimentation terrestre ou négative |
| 12 | Entrée 4+ | Entrée non inversée de l'amplificat 4 |
| 13 | Entrée 4- | Entrée inverse de l'amplificat 4 |
| 14 | Sortie 4 | Sortie de l'amplificat 4 |
PIN N ° | Symbole | Définition de la fonction | Scénarios d'application typiques |
|---|---|---|---|
1/7/8/14 | Out1-4 | Quatre sorties push-pull, courant de puits de 40mA par canal | Drive les LED, les relais ou l'échantillon ADC |
2/6/9/13 | DANS- | Entrée inverse (nœud de terre virtuel) | Connectez les résistances de rétroaction pour déterminer le gain en boucle fermée |
3/5/10/12 | Dans + | Entrée non inversée (port de signal élevé-Z) | Connectez-vous directement aux capteurs ou aux diviseurs de tension |
4 | VCC | Alimentation positive (approvisionnement unique / double) | Connectez-vous à la puissance du système, recommandez un découplage 100NF |
11 | GND | Alimentation terrestre / négative (double alimentation) | Terre de référence en circuit complet, nécessite une mise à la terre en un seul point |
Conseils de mise en page: Évitez l'acheminement parallèle de In + et Inpins pour les amplifications opérationnelles adjacentes pour réduire la diaphonie; Épaissir les traces VCC et GND pour atténuer le bruit de puissance.
4. Principe de travail: la philosophie de la "chaîne de montage" de l'amplification en trois étapes
ChaqueampliEmploie une architecture classique en trois étapes, analogue à une ligne de production de précision:
Étape d'entrée différentielle: La paire différentielle du transistor bipolaire amplifie VIN + - VIN- signaux avec 80 dB CMRR, filtrant l'interférence du secteur de 50 Hz.
Étape de gain intermédiaire: Amplificateur à émetteur commun avec compensation de fréquence, le condensateur intégré 10pf empêche l'auto-oscillation au-dessus de 1 MHz pour la stabilité en boucle fermée.
Étape de sortie push-pull: Structure de l'amplificateur de classe AB, résistance à la sortie <100Ω, entraîne des charges de 10 kΩ, limite le courant à 50 mA pendant les courts-circuits.
5. Cinq applications classiques: de la chaîne de signaux à la chaîne de puissance
5.1. Conditionnement du capteur: compensation de jonction à froid du thermocouple
Circuit: OP-AMP configuré comme amplificateur non inverseur (gain 100), IN + se connecte au thermocouple (signaux MV), enracinés via une résistance de 10kΩ, résistance de rétroaction 1mΩ.
Clé: Exploite une caractéristique de mode commun à did pour amplifier 0 ~ 20mV de température sans biais, adapté aux thermocouples de type K.
Optimisation: La résistance parallèle de 100kΩ à l'entrée empêche la saturation de l'ampleur op pendant le thermocouple en circuit ouvert.
5.2. Amplification audio unique: préamplificateur de microphone 3V
Circuit inverseur: Ri = 1kΩ (correspond à l'électret Mic Impédance), RF = 10kΩ (gain -10), biaisage 1 / 2vcc via deux séparateurs de tension de 10kΩ.
Conseil: Le condensateur de sortie 10 μF bloque DC, réduit l'ondulation de 50 Hz, THD <1% (onde sinusoïdale à 1 kHz).
Expansion: Quatre amplins op peuvent se casser en filtres à deux étages pour les canaux audio 20 Hz ~ 20 kHz.
5.3. Comparateur de tension: protection contre la surtension de la batterie au lithium
Détection des fenêtres: Deux seuils de réglage des AMP OP à 4,2 V (coupure de charge) et 2,5 V (coupure de décharge); Lorsque la tension de la batterie sort [2,5 V, 4.2 V], une sortie à faible sortie déclenche l'arrêt MOSFET.
Innovation: Utilise la sortie push-pull de l'ampleur op pour entraîner directement les transistors NPN, éliminant les résistances de traction et réduisant le coût du circuit de 30%.
5.4. Circuit intégrateur: surveillance de la vitesse du moteur
Principe: Les ondes carrées du capteur Hall passent par l'intégration RC (r = 100kΩ, C = 10 μF), OP-AMP comme intégrateur; Tension de sortie proportionnelle à la vitesse (0 ~ 5V pour 0 ~ 5000 tr / min).
Étalonnage: Le potentiomètre ajuste la résistance de rétroaction pour compenser les erreurs de composant, la linéarité ± 0,5%.
5.5. Oscillateur: une alternative "sans rendez-vous" à 555
Génération d'ondes carrées: OP-AMP configuré comme déclencheur Schmitt, constante de temps RC de la résistance de 100kΩ et condensateur 10NF (fréquence ≈1kHz), cycle de service à 50%.
Avantage: Élimine la structure à double capitaine de 555, réalise avec 40% avec 40% d'amplificatoires op-ampliques + passifs.
6.Circuits d'application typiques LM324
1. LM324 comme unAmplificateur AC inversé
Cet amplificateur remplace les transistors pour l'amplification AC, adapté à la pré-amplification dans les systèmes sonores. Le circuit ne nécessite aucun ajustement, en utilisant une seule alimentation où R1 et R2 forment un biais 1/2V +. C1 agit comme un condensateur d'amortissement.
Le gain de tension (AV) est déterminé par des résistances externes RI et RF: AV = −rf /Ri
Le signe négatif indique que le signal de sortie est inversé par rapport à l'entrée. Pour les valeurs indiquées, AV = -10. La résistance d'entrée est égale à RI, généralement adaptée à la résistance interne de la source de signal, avec RF sélectionné pour le gain souhaité. CO et CI sont des condensateurs de couplage.
Ce circuit présente une impédance d'entrée élevée. R1 et R2 forment un diviseur de tension 1/2V +, biaisant l'amplificateur op via R3.
La formule de gain de tension est: av = 1 + rf /R4
La résistance d'entrée est définie par R3, R4 allant généralement de plusieurs kΩ à des dizaines de kΩ.
La sonde de température utiliseun transistor de silicium(3DG6) configuré comme une diode. La tension de l'émetteur de base du transistor a un coefficient de température de -2,5 mV / ° C, ce qui signifie qu'il diminue de 2,5 mV pour chaque augmentation de ° C. OP-AMP A1 agit comme un amplificateur CC non inversé: des températures plus élevées réduisent la chute de tension à travers BG1, abaissant la tension à l'entrée non inversée d'A1 et sa sortie.
Il s'agit d'un processus d'amplification linéaire. La connexion d'un circuit de mesure ou de contrôle à la sortie d'A1 permet une indication ou un contrôle automatique.
La suppression de la résistance de rétroaction (ou le traitant comme infinie) place l'ampleur op dans un état en boucle ouverte. Bien que théoriquement infini, le gain en boucle ouverte de LM324 est de 100 dB (100 000 ×), ce qui en fait un comparateur de tension avec des sorties à des niveaux élevés (V +) ou faibles (V- ou GND). La sortie est faible lorsque la tension d'entrée positive dépasse l'entrée négative.
Deux amplifications opératoires forment un comparateur de niveau de tension:
R1 et R1 'définissent le seuil de comparaison U1 pour A1.
R2 et R2 SET SEFT SETHOLD U2 pour A2.
L'interface utilisateur de tension d'entrée se connecte à l'entrée positive d'A1 et à l'entrée négative d'A2.
Si UI> U1, A1 sortit haut.
Si UI <U2, A2 sortit haut.
L'une ou l'autre sortie s'active sur le transistor BG1, allumant la LED.
Avec U1> U2, la LED s'allume lorsque l'interface utilisateur sort [U2, U1], agissant comme un indicateur de niveau de tension.
Avec U2> U1, la LED s'allume lorsque l'interface utilisateur est à l'intérieur [U2, U1], servant d'indicateur de tension "fenêtre".
Modifié pour une utilisation avec des capteurs, ce circuit détecte deux limites pour les quantités physiques, les courts-circuits, les circuits ouverts, etc.
7. Sélection et alternatives: choix axés sur les scénarios
Scénario d'application | Modèle recommandé | Alternative | Différence clé |
|---|---|---|---|
Prototypage à faible coût | Le quad-canal économise 30% d'espace PCB | ||
Environnements industriels | SGM324 (chinois domestique) | Plage de température large + 4kV ESD pour une utilisation en plein air | |
Appareils à batterie | Courant au repos de 110 μA, prolonge la durée de vie de la batterie de 50% | ||
Interfaces numériques | Pas de substitut direct | Nécessite des résistances de traction pour la logique 5V |
9. Package LM324 
10.Conclusion: LM324, un classique à feuilles persistantes
Des calculatrices des années 1970 aux maisons intelligentes des années 2020, le LM324 a prouvé plus d'un demi-siècle que les vrais classiques résident dans la résolution de problèmes complexes avec les architectures les plus simples. Son charme provient non seulement des économies d'espace quad-canal, mais également de sa compréhension approfondie des systèmes à suppression unique - alors que 90% des applications n'ont besoin que de 5 V, le LM324 a ancré la philosophie de "aucune double fourniture nécessaire" dans son ADN. Pour les ingénieurs, leLM324est plus qu'un composant; C'est une philosophie de conception: atteindre les fonctions les plus fiables avec le moins de parties externes. Dans un avenir prévisible, cet opération opérationnelle "quatre en un" continuera à scénarier des récits électroniques simples mais puissants à chaque nœud de la chaîne de signaux.
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