Операционные усилители LM324N: схема включения и особенности применения

Автор Сидор Черненко November 23, 2023

Микросхема LM324N представляет собой quad-операционный усилитель, широко используемый в схемах обработки аналоговых сигналов. Рассмотрим подробнее ее особенности и типовые схемы включения.

Общие сведения о LM324N

LM324N выпускается в 14-выводном корпусе DIP и содержит 4 операционных усилителя. Основные достоинства этой микросхемы:

Низкое напряжение смещения (2 мВ)
Высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (80 дБ)
Широкий диапазон питающих напряжений (3-32 В)
Низкий уровень шумов
Защита от короткого замыкания на выходе

Благодаря этому, LM324N может использоваться в различных схемах аналоговой обработки сигналов - усилителях, фильтрах, преобразователях уровней и т.д.

Типовые схемы включения LM324N

Инвертирующий усилитель на LM324N

Одна из наиболее распространенных схем на операционном усилителе - это инвертирующий усилитель. На рисунке 1 приведена его реализация на одном из каналов LM324N:

Коэффициент усиления в этой схеме определяется соотношением резисторов R2 и R1:

K = R2/R1

Достоинства:

Простота реализации
Легкая регулировка коэффициента усиления

К недостаткам можно отнести инверсию фазы выходного сигнала относительно входного.

Неинвертирующий усилитель на LM324N

Эта схема (рис. 2) также довольно распространена. Она сохраняет фазу сигнала и имеет следующие достоинства:

Высокий входной импеданс
Низкий выходной импеданс

Формула для расчета коэффициента усиления:

K = 1 + R2/R1

LM324N в схеме зарядного устройства

Операционные усилители LM324N часто используются для построения различных блоков питания и зарядных устройств. На рисунке 3 показана схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора на базе LM324N.

В этой схеме ОУ1 контролирует зарядное напряжение на аккумуляторе, а ОУ2 служит для включения/выключения силового реле при достижении заданных уровней.

Применение LM324N в качестве компаратора

Еще одно распространенное применение операционного усилителя LM324N - использование в качестве компаратора. Это позволяет сравнивать уровень входного сигнала с неким опорным напряжением и выдавать логический сигнал на выходе.

На схеме резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение, подаваемое на инвертирующий вход ОУ. Неинвертирующий вход служит для подачи входного сигнала. Если напряжение на нем выше опорного уровня, выход ОУ переключается в высокий логический уровень.

Использование в генераторах сигналов

Благодаря наличию обратной связи, операционные усилители могут быть использованы для построения различных генераторов синусоидальных и прямоугольных сигналов. Рассмотрим пример генератора пилообразного напряжения на двух каналах LM324N:

Здесь ОУ1 работает как интегратор, формируя пилообразное напряжение на конденсаторе C1. А ОУ2 - как буферный каскад. Подобные схемы часто используются, например, для управления шаговыми двигателями.

Преимущества и недостатки LM324N

Подводя итог, отметим основные достоинства LM324N:

Низкая цена
Простота схем включения
Широкий диапазон рабочих напряжений

К недостаткам можно отнести:

Относительно высокий уровень шумов по сравнению с более современными ОУ
Невысокая частота единичного усиления (1 МГц)

Тем не менее, по соотношению цена/качество LM324N до сих пор остается одним из лучших решений аналоговых схем.

Применение в измерительных устройствах

Благодаря высокому входному сопротивлению и малым токам смещения, операционные усилители LM324N хорошо подходят для использования в качестве усилителей слабых сигналов от датчиков - тензорезисторов, термопар, пьезоэлементов и т.д.

На приведенной схеме операционный усилитель работает в составе измерителя температуры на базе терморезистора. Благодаря высокому коэффициенту усиления можно измерять очень малые изменения сопротивления.

Замена на более современные аналоги

Несмотря на по-прежнему широкое распространение, LM324N постепенно вытесняется с рынка более современными операционными усилителями - такими как TLV341, TLC272, TL074 и др. Эти микросхемы обладают улучшенными характеристиками: