2 – АМАЛИЙ МАШҒУЛОТ
Операцион кучайтиргич параметрларини тадқиқ этиш.
Ишнинг
мақсади:
Операцион
кучайтиргичлар
билан
Инверслайдиган ва инверслвмайдиган операцион кучайтиргич
танишиш.
ишлаш
принципи ўрганиш ва LM324 (N) микросхемаси ёрдамида параметрларини
тадқиқ этиш.
1. Назарий маълумотлар
Интеграл кўринишда бажарилган операцион кучайтиргич (ОК) – бу
универсал
аналог
микросхемадир.
У
икки
киришли
дифференциал
кучайтиргичда бажарилган кенг полосали ўзгармас ток кучайтиргичи бўлиб,
чиқишида шаклланаётган сигнал киришдаги сигналларнинг фарқига тенг
бўлади.
2.1– расм. Операцион кучайтиргич схематик кўриниши





V+
VVout
VS+
VS-
– тескари алоқасиз кириши;
– тескари алоқа кириши;
– чиқиш
– манбанинг мусбат кучланиши;
– манбанинг манфий кучланиши;
ОКнинг чиқишида тескари алоқа занжирини қўллаб киришдаги
сигналлар устидан турли математик амаллар бажариш имконияти борлиги
туфайли ҳам – операцион кучайтиргич номини олган. Чиқиш занжирини
танлашга қараб ОК қўшиш, айириш, кўпайтириш, ўрта қийматни аниқлаш,
интеграллаш,
дифференциаллаш,
логарифмлаш
ва
бошқа
амалларни
бажариш учун қўлланилиши мумкин. Амалларни бажариш аниқлиги ОКнинг
кучайтириш коэффициенти ва кириш қаршилиги қанча катта, чиқиш
қаршилиги эса қанча кичик бўлса, шунча юқори бўлади.
LM324 микросхемаси
LM324
микросхемаси
(МС)
юқори
кучланишлар
оралиғида
(диапазонида) бир манбадан ишлайдиган, ягона корпусда йиғилган, бир хил
характеристикаларга эга тўртта операцион кучайтиргичдан (ОК) ташкил
топган. Ҳар бир ОК ўзининг таркибида кириш дифференциал, қисқа
туташувлардан (ҚТ) ҳимоя ва бирламчи кучайтиришда частота бўйича
коррекциялаш (созлаш, тўғрилаш) каскадларига эга. Ушбу микросхеманинг
арзонлиги электроника саноати радио схемаларида кенг қўлланишини
таъминлайди. У компакт олиб юрувчи электрон қурилмалар ясашда
ишлатилади.
LM серияси National Semiconductor да ишлаб чиқилган интеграл
микросхемаларга асосланган. LM префикси дастлаб linear monolithic
(линейли (чизиқли), монолитли) деган иборани билдирган ва умумий
мақсадларга мўлжалланган (General Purpose) кучайтиргичларни белгилаш
учун қўлланган ва уларга юқори шартлар қўйилмаган. “324” сонлари
микросхеманинг серия рақамини билдиради. Охиридаги «-N» харфи билан
National Semiconductor дан Texas Instruments сотиб олган қурилмаларни
белгилаш учун қўлланилади. 2011 йил сентябрида National Semiconductor
Texas Instruments га берилган эди ва у ўзининг маҳсулотида LM префиксини
ўзгартирмаган. Шунинг учун ҳозирда LM белгиси Texas Instruments ишлаб
чиқарилиш коди ҳисобланади, аммо ундан ушбу микросхема аналогларини
ишлаб чиқишда бошқа ташкилотлар ҳам кенг фойдаланадилар.
LM324 ва N харфли микросхемалар бир хил физик ва электрик
характеристикаларга эга. Кўпгина ишлаб чиқариш ташкилотларида “-N”
символларининг охирида белгиланиши DIP14—микросхемаси корпусининг
пластикли турда эканлигини кўсатади.
Чиқишларининг конфигурацияси
У DIP-турли корпусда ишлаб чиқарилади: пластикли CDIP, керамикали
PDIP ёки сиртқи монтаж (улаш) учун SO-турли: SOIC, TSSOP. Конструктив
қурилма 14 та чиқиш (оёқча)га эга. Шунинг учун айрим техник
кўрсатмаларда DIP-14 ёки SO-14 белгиланишларини кўриш мумкин.
2.2-расмда
LM324 микросхемаси ва корпусининг тузилиши бўйича
кўринишлари келтирилган.
2.2– расм. LM324 микросхемаси ва корпусининг тузилиши бўйича
турлари
Шуни таъкидлаш лозимки, кўпгина ишлаб чиқариш-фирмалари
ўзларининг маҳсулотларини доим такомиллаштирадилар. Ҳозирги пайтда
ўзларининг бир қатор функциялари билан устун турадиган модификациялар
пайдо бўлмоқда, масалан, электрик разряддан ички ҳимояга эга LM324K,
LM324KA (HBM ESD); 21 мкА истеъмол токига эга микроқувватли LP324;
BiCMOS технологияси бўйича ишлаб чиқилган, истеъмол токи 9 мкА,
кучланиши 2,7В дан 5,5В гача бўлган, кичик волтли LMV324 ва бошқалар.
Белгиланишида «А» символли кучайтиргичлар, масалан, VIO бўйича бошқа
(«A» сиз) ларга қараганда “LM324A-N” яхши характеристикаларга эга
бўладилар.
LM324
аналогларининг импортли
рўйхати:
ULN4336N,
GL324,
LA6324, IR3702, HA17324, MB3614, NJM2902D, SG324N, TDB0124, UA324,
TA75902P, Россияда ишлаб чиқилган 1401УД2 ва 435УД2.
Чиқишларининг вазифаси турли корпуслар учун бир хил: 2,3, 5,6, 9,10,
13,12 — киришлари, 1,7,8,14 – чиқишлари, 4 – плюс (+) манба, 11 – минус (-)
манба. 2.3– расмда LM324 микросхемасининг ички тузилиши келтирилган.
а)
б)
2.3– расм. LM324 микросхемасининг а) кўриниши, б) ички тузилиши
Техник кўрсаткичлари (характеристикалари)
– Uман. (Vcc) истеъмол кучланиш диапазни: бир қутбли манба:
+3…30В, икки қутбли манба: ±1.5…±15 В (V);
– Дифференциал кириш кучланиши Uдиф. (VIDR): 32В (V);
– Кириш кучланиши Uкир. (VICR) -0.3…32В (V);
– Кириш токи IICR (манфий VICR да) 5 мА (mA);
– Кириш токи IICR (мусбат VICR да) 0.4 мА (mA);
Электр параметрлари (Uман. +5В ва TA +25°C бўлганда):
– Кириш силжиш кучланиши Uсл (VIO) 2…7 мВ (mV);
– Кириш силжиш токи Iкир.(IIB) 45…100 нА (nA);
– Чиқиш кучланиши Uчиқ.(Vout): 0… Uман. – 1,5 В(V);
– Кучайтириш коэффициенти (K): 100 дБ (dB);
– Ўтказиш полоса кенглиги (f) 1МГц;
– Юкламасиз истеъмол токи Iист. (ICC): 700 мкА (µA) дан кўп эмас;
– Кириш токлари фарқи (силжиш токи) Iсил. (IIO) 5…30 нА (nA);
– Тарқалувчи қувват PР макс (P tod) корпус турига боғлиқ: PDIP 1130
мВ(mW); CDIP 1260 мВ(mW); SOIC 800 мВ(mW).
– Ташқи муҳитнинг иш температуралар диапазони TA: 0…+70°C;
– Сақлаш температураси Tсақ. (Tstr):-65… +150 °C.
Ҳар
хил
ишлаб
чиқарувчиларнинг
LM324
микросхемалари
параметрлари бир биридан фарқ қилади, шунинг учун ўз схемаларингизни
ишлаб чиқишда қўлланилаётган қурилмага аниқ ишлаб чиқарувчи томонидан
расмий техник хужжатлар билан танишиб чиқиш тавсия этилади.
Хусусиятлари
Кириш
кучланишининг
дифференциал
диапазони
истеъмол
кучланишига эришилади (етади). LM324 учун синфазали сигналнинг қуйи
кириш чегараси V— га қараганда 0.3В га паст, чиқиш кучланишининг
кенглиги эса пастки V—қийматлари билан чегараланган. Кириш ва
чиқишларидаги каби чегаравий қиймати V+ га нисбатан 1.5В га кам.
Бирламчи кучайтириш частотаси fI (100 КГц дан 30 МГц гача), ушбу
частотада (К) микросхеманинг кучайтириш коэффициенти бирга (0 дБ) тенг
бўлади. Бирламчи кучайтириш учун ички частот коррекцияга (созлаш,
тўғрилаш) эга. Чиқишидаги қисқа туташув давомийлиги Tқт (Tsc)
чегараланмаган.
LM324
микросхемаси
турли
кўп
функционал
қурилмаларини
яратишда қўлланилади: интеграторлар, дифференциаторлар, демодуляторлар,
логарифмик кучайтиргичлар, сумматорлар (жамлагичлар), қўшувчи –
айирувчи
қурилмалар,
амплитудали
регуляторлар,
генераторлар
ва
бошқаларда.
LM324 асосидаги оддий кучайтиргич схемаси
Кучланиш такрорлагичи - манфий тескари алоқали (МТА) LM324
оддий схемасини кўриб чиқамиз.
2.4– расм. LM324 асосидаги оддий кучайтиргич схемаси
Бу схемани яна кучланиш бўйича кучайтириш коэффициент бирга тенг
бўлган кучайтиргич ҳам дейишади. Идеалда ОК сингални кучайтирилишини
таъминламайди ва чиқиш кучланиши кириш кучланишига мос келади, яъни
5В ОК нинг киришига берилса, унинг чиқишида хам 5В бўлади.
2.5– расм. Инверсламайдиган ОК схемаси
2.5-расмда
келтирилган
схема
инверсламайдиган
ОК
схемаси
ҳисобланади, бунда ОК юқори кириш қаршилиги эга бўлиб, R1 вa R2
қаршиликларнинг
қийматини
коэффициентини
ошириш
ўзгартиш
мумкин.
орқали
Ушбу
керакли
схема
учун
кучайтириш
кучайтириш
коэффициентини қуйидаги формула орқали ҳисоблаш мумкин.
;
;
(1)
(2)
2.6– расм. инверслайдиган ОК схемаси
2.6-расмда келтирилган схема инверслайдиган ОК ҳисобланади, бунда
ОК нинг кириш ва чиқиш сигналлари 180° га силжийди. Чиқиш сигналининг
кириш сигналига нисбатан ўзгариши киришга параллел боғланган R2
қаршилик ёрдамида тескари алоқа кучланиш бериш орқали ҳосил қилинади.
Кириш сигнали R1 қаршилик ёрдамида ОК нинг тескари киришига берилади.
ОК нинг инверсламайдиган
кириш ва чиқишлари умумий ер (Grоund)га
уланади. Ушбу схема учун кучайтириш коэффициентини қуйидаги формула
орқали ҳисоблаш мумкин.
;
(2)
;
(3)
2.1. Амалий ишини бажариш.
Иловадан тадқиқ этилаётган ОК шартли белгисини чизиб олинг (чиқиш
рақамлари ва таҳрирлаш элементи билан), чегаравий қийматларини ёзиб
олинг.
2.1. 2.5– расмдаги инверсламайдиган ОК схемаси Multisim дастурий
муҳитидан фойдаланган ҳолда йиғинг. Генераторни созлашда частота
қийматини 1 kHz, амплитудасини 100 мВ қилиб ўзгарувчан сигналга созланг
(қўлланма оҳирида Multisim дастурий муҳити йиғилган схема келтирилган).
Берилган вариант бўйича R1 қаршилик қийматидан фойдаланган ҳолда ОК
кучайтириш коэффициенти
ни ҳисобланг ва 2.1-жадвалга R2
қийматларига мос ҳолда киритинг.
2.2. 2.5 – расмда келтирилган схемани йиғинг ва берилган вариант
бўйича параметрларини созланг. R2 қаршилик қийматини 2.1-жадвалга мос
равишда ўзгартириб кириш ва чиқиш кучланишларини ўлчаш орқали ОК
кучайтириш коэффициенти
ни ҳисобланг ва 2.1-жадвалга R2
қийматларига мос ҳолда киритинг. Оссилогаммаларини чизиб олинг.
2.1- жадвал
R2, кОм
Дастлабки ҳисоблаш
Ўлчаш натижалари
1
K
K
Uкир, В
Uчиқ, В
2
3
4
2.3. Берилган вариант бўйича R1 қаршилик қийматидан фойдаланган
ҳолда ОК кучайтириш коэффициенти
ни ҳисобланг ва 3.2-
жадвалга R2 қийматларига мос ҳолда киритинг.
2.4. 2.6 – расмда келтирилган инверслайдиган ОК схемаси Multisim
дастурий муҳитидан фойдаланган ҳолда йиғинг. Генераторни созлашда
частота қийматини 1 kHz, амплитудасини 100 мВ қилиб ўзгарувчан сигналга
созланг (қўлланма оҳирида Multisim дастурий муҳити йиғилган схема
келтирилган).
ва берилган вариант бўйича параметрларини созланг. R2
қаршилик қийматини 2.2-жадвалга мос равишда ўзгартириб кириш ва чиқиш
кучланишларини ўлчаш орқали ОК кучайтириш коэффициенти
ҳисобланг
ва
2.2-жадвалга
R2
қийматларига
мос
ни
ҳолда
киритинг.
Оссилогаммаларини чизиб олинг.
2.2- жадвал
R2, кОм
Дастлабки ҳисоблаш
Ўлчаш натижалари
1
2
3
4
K
K
Uкир, В
Uчиқ, В
Ҳисобот таркиби:
1. Ишнинг номи;
2. Ишнинг мақсади;
3. Ўлчаш схемалари;
4. Ҳисоблашлар;
5. Кириш-чиқиш фазалар силжиши оссилограммалари;
6. Хулоса.
Назорат саволлари
1. “Идеал” ОК параметрларига қандай талаблар қўйилади?
2. Нима сабабли ОКлар частота характеристикасини таҳлилисиз
олмайдилар?
ишлай
Электроника ва радиотехника кафедраси ассистенти А.Х.Абдуллаев
3. ОК силжиш кучланиши параметри маъносини тушунтириб беринг.
4. ОК кириш токининг ўртача қиймати ва кириш токларининг фарқи
параметрларининг физик маъносини тушунтиринг. Улар қандай кириш
сигналларида ўлчанадилар?
5. Чиқиш кучланиши ўсиш тезлиги параметрнинг физик маъносини
тушунтиринг.
2.5-расм учун NI Multisim дастурий муҳитида йиғилиши
Электроника ва радиотехника кафедраси ассистенти А.Х.Абдуллаев
2.6-расм учун NI Multisim дастурий муҳитида йиғилиши