Lm3914 - описание, характеристики, схема включения

Описание работы

Работа микросхемы lm324n основана на функционировании внутри неё одновременно четырех ОУ. Все усилители запитываеются от одного источника питания, имеют инвертирующий, не инвертирующий входы и одни выход. Источник питания может быть однополярным или двухполярным.

Рассмотрим внутреннюю схему одного из операционных усилителей c однополярным питанием. Возьмем её прямо из даташит на LM324.

Функционально каждый операционный усилитель состоит из: дифкаскада, а так же каскадов промежуточного и выходного усиления.

Дифференциальный каскад, выполняет функции усиления разности подаваемых на вход напряжений (V+ и V—) и нейтрализации синфазных сигналов. Обеспечивает высокое сопротивление на входе.

Промежуточный каскад обеспечивает балансировку операционника (установку на выходе нулевого напряжения при замкнутых входах), согласование сопротивлений дифференциального и выходного каскадов, а так же частотную коррекцию (защиту от самовозбуждения).

Выходной каскад обеспечивает низкое выходное сопротивление, требуемую мощность в нагрузке, ограничение тока и защиту при коротком замыкании.

Маркировка

Серия LM основана на интегральных микросхемах производства National Semiconductor. Приставка LM изначально означала linear monolithic (линейный, монолитный) и применялась для обозначения усилителей общего назначения (General Purpose) к которым не предъявлялись жестких требований. Цифры “324” указывают на серийный номер микросхемы. «-N», в конце серийника, обозначаются устройства, приобретенные Texas Instruments у National Semiconductor. В сентябре 2011 году National Semiconductor была передана Texas Instruments, которая не изменила приставку LM в своей продукции. Поэтому в настоящее время маркировка LM является кодом производителя Texas Instruments, но её широко используют другие производители при выпуске своих аналогов этой микросхемы.

Микросхемы LM324 и такая же с буквой N имеют одинаковые физические и электрические характеристики. У многих производителей символы “-N” , в конце маркировки, указывает на пластиковый тип корпуса микросхемы — DIP14.

Следует также отметить, что фирмы-производители постоянно совершенствуют свою продукцию. В настоящее время появились превосходящие по ряду функций модификации, например: LM324K, LM324KA с внутренней защитой от электрического разряда (HBM ESD); микромощные LP324 с током потребления 21 мкА; низковольтные LMV324, с напряжением питания от 2,7 В до 5,5 В; LPV324, изготавливаемые по технологии BiCMOS и током потребления 9 мкА и др. Усилители с символом «А» в маркировке, например “ LM324A-N ”, будут иметь лучшие характеристики по VIO по сравнению c другими (без «A»).

Аналог LM324

Список импортных аналогов LM324: ULN4336N, GL324, LA6324, IR3702, HA17324, MB3614, NJM2902D, SG324N, TDB0124, UA324, TA75902P, российские 1401УД2 и 435УД2.

Сфера применения

Наибольшую популярность LM324 нашел, с применением типовых схем отрицательной обратной связи. Его применяют при создании различных многофункциональных устройств: интеграторах, дифференциаторах, демодуляторах, логарифмических усилителях, сумматорах, суммирующе-вычитающих устройств, амплитудных регуляторах, генераторах и др. В связи с постоянным совершенствованием рассматриваемого устройства, появляются множество различных приборов использующих lm324, например:

ИБП;
схема датчика движения для освещения;
схема терморегулятора инкубатора Нептун и дт.

Схема включения

Ниже приведена простая схема одного из способов включения lm393. Она даёт необходимое представление и понимание того, как работает данное устройство. Собрать её можно самостоятельно используя небольшое количество дополнительных электронных компонентов:

фоторезистор;
резисторы на 33 кОм и 330 Ом;
потенциометр от 1 до 20 кОм;
светодиод;
батарейка типа АА – 3 шт.

Компаратор lm393 в представленной схеме полезен тем, что сверяет уровень поступающих сигналов с эталонным (пороговым) значением для принятия решения о подаче питания на светодиод. Используя дополнительный фоторезистор, можно сделать миниатюрный электронный ночник. В темноте он будет светится, а с появлением света гаснуть.

Потенциометр в схеме используется в качестве калибратора. С его помощью настраивается сопротивление включения (когда ночью) и выключения (при свете) светодиода. После такой настройки компаратор сможет сравнивать опорное питание с напряжением от делителя, которое он получает по линии подключённой между резистором 33 кОм и фоторезистором.

Когда на фоторезистор попадёт свет, его сопротивление падает ниже 30 кОм. Таким образом, большая часть напруги попадает на обычный резистор 33 кОм. В результате на входе микросхемы, через резистивный делитель, напряжение будет меньше опорного. На выходе выводится высокий уровень и светодиод гаснет.

В темноте фоторезистор будет иметь очень большое сопротивление, поэтому большая часть напруги передастся уже ему. Напряжение получаемое от резистивного делателя будет выше опорного. В результате на выходе микросхемы выводится низкий уровень и светодиод светится.

Расчет схемы индикатора

Составление данного устройства не требует никаких специальных навыков. Расчет показателей тока и напряжения можно произвести в любой программе, как и чертеж.

Одна из «ножек» (9) микросхемы подключается к положительному входу подачи напряжения. Таким образом светодиоды будут управляться как единый столбец. Для того чтобы иметь возможность самостоятельно регулировать режимы при смене фазы, схема должна включать в себя переключатель, но может спокойно обойтись и без него, если эта опция не нужна. Ток, проходящий через светодиоды для заданного напряжения и фазы можно рассчитать так:

R – сопротивление на 7 и 8 «ножках»

Для тока в 1 мА R=12,5 / 0,001 А = 12,5 кОм.

А для тока в 20мА R=625 Ом.

Внедрение подстроечного резистора даст возможность регулировать яркость свечения, при отсутствии такой необходимости можно поставить обычный. Номиналы для них будут 10 кОм и 1 кОм соответственно.

Конечная схема светодиодного индикатора уровня получится приблизительно такой.

Она идеально подходит для моно-сигнала, но для стерео- придется составить ещё одну на второй канал. Они могут объединяться через обычный сетевой кабель с учетом фазы. Отменный вариант – сделать две одинаковые схемы, выполненные в разных цветах для демонстрации уровня каждого из каналов. Устройства также могут менять свой цветовой диапазон, но такая реализация будет несколько сложнее.

Величина C3 может быть равной 1 мкф при условии, что R4=100 кОм. Номинал R2 можно подбирать из диапазона 47-100 кОм.

В данной схеме используется транзистор КТ 315, но его можно заменить любым другим с подходящими параметрами (фазы сигнала, тока, вел-на напряжения, p-n переход).

В итоге получится приблизительно такое устройство:

Собрать индикатор уровня сигнала своими силами – вполне решаемая задача. Главное – найти из чего будет составляться схема, а после – уделить немного времени проверке и отладке устройства.

Детали:
Плата односторонняя, без металлизации, сделано качественно, паять легко, обозначения деталей и номиналы обозначены:
По фото видно, что плата отличается от платы, отображенной на лоте продавца — есть разъем J3

Инструкция и схема:

Схема в большом разрешении

Когда паял выяснились три непонятки.
1. Не понятно, зачем тут разъем-перемычка J3? В комплекте конструктора нет ни разъема, ни перемычки. При включении как-то непонятно работают только половина светодиодов (красные и ниже). Запаял (закоротил) контакты J3
2. Резистор R9. На распечатке указан 560 Ом. В наборе — 2.2 кОм. Я из старых запасов поставил резистор МЛТ, как указанно в схеме — 560 Ом. Подумал, что китайцы перепутали что-то. При включении постоянно горели два нижних желтых светодиода — D1,D2. Перепаял резистор — взял из набора резистор в 2.2 кОм — стало работать как нужно.

Изменение в схеме — правильный резистор

Питание схемы — 9-12 Вольт. Подал 12 В на питание. Все работает нормально. Подстроечным резистором можно выставить максимально отображаемый уровень сигнала. Минимальный уровень, если подавать на устройство сигнал напряжением 1.9 Вольт:
Отсюда вывод -при штатном напряжении питания 9-12 Вольт индикатор лучше подключать к выходам УНЧ, а не после предварительного усилителя или на вход УНЧ после регулятора громкости.

Шкала свечения светодиодов — логарифмическая. Как индикатор разряда аккумулятора использовать не получится. Если подключить выход с наушников сотового телефона на максимальной громкости на вход, то горят максимум 6 желтых светодиодов.

Дальше решил поэкспериментировать с уменьшением напряжения питания. Вывод — чем меньше напряжение питания — тем чувствительнее устройство. Работало нормально от 5 в — красные светодиоды в этом случае горели и от сотового телефона. Если уменьшить напряжение до 3 вольт, светодиоды тускло горят, но не мигают. Видимо это предел. Так что я бы не запитывал от напряжения, меньше 5 вольт.

Вывод: простой, интересный радиоконструктор. Можно оборудовать им какой-нибудь самодельный УНЧ. Минусы — неудобное крепление платы — только одно крепежное отверстие. Плата (из-за панельки и микросхемы) получается достаточно высокая. Если поставить параллельно две платы, то расстояние между светодиодами обоих каналов будет достаточно большое.

Нестандартное применение

Индикатор с применением lm3914 можно использовать в качестве компактного тестера малогабаритных батареек и аккумуляторов.

Напряжение питания такой схемы от 5В до 12В. Удобно питать от «Кроны» либо четырёх батареек ААА.

Конденсатор С1 — 50 мкФ 25В, подтягивающий резистор R1 – 1Мом. R2, R3 – по 4,7-5кОм. Диапазон измерений у схемы 1В с градацией 0,1В. R2 регулирует диапазон измерений, R3 – ток светодиодов. Если отключить выход 9, индикация будет «столбиком», но питающее элементы быстро разряжаются.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)

Схема эквивалента компаратора напряжения с однополярным источником питания

Принципиальная схема «компаратор напряжения» эквивалентна работе операционного усилителя, например, LM358 или LM324, имеющим на выходе два транзистора типа NPN (см. выше). Таким образом, можно сделать все 4 выхода ОУ (LM339) с открытым коллектором. Каждый такой выход может выдерживать ток нагрузки 15 мА и напряжение до 50 вольт.

Выход включается или выключается в зависимости от относительных напряжений на плюсовом (+) и минусовом (-) входах компаратора. Входы компаратора крайне чувствительны и разница напряжения между ними всего лишь в несколько милливольт приводит к переключению его выхода.

Схема LED индикатора

Данная схема достаточно хорошо описана на просторах интернета. Здесь лишь вкратце расскажу (перескажу) о ее работе. Индикатор выходной мощности собран на микросхеме LM3915. Десять светодиодов подключены к мощным выходам компараторов микросхемы. Выходной ток компараторов стабилизирован, поэтому отпадает необходимость в гасящих резисторах. Напряжение питания микросхемы может находиться в пределах 6…20 В. Индикатор реагирует на мгновенные значения звукового напряжения. У микросхемы LM3915 делитель рассчитан так, что включение каждого последующего светодиода происходит при увеличении напряжения входного сигнала в v2 раз (на 3 дБ), что удобно для контроля мощности УМЗЧ.

Сигнал снимается непосредственно с нагрузки — акустической системы УМЗЧ — через делитель R*/10k. Указанный на схеме ряд мощностей 0,2-0,4-0,8-1,6-3-6-12-25-50-100 Вт соответствует действительности, если сопротивление резистора R*=5,6 кОм для Rн=2 Ом, R*= 10 кОм для Rн=4 Ом, R*= 18 кОм для Rн=8 Ом и R*=30 кОм для Rн=16 Ом. LM3915 дает возможность легко менять режимы индикации. Достаточно лишь подать на вывод 9 ИМС LM3915 напряжение, и она перейдет с одного режима индикации в другой. Для этого служат контакты 1 и 2. Если их соединить, то ИМС перейдет в режим индикации «Светящийся столбик», если оставить свободными — «Бегущая точка». Если индикатор будет эксплуатироваться с УМЗЧ с иной максимальной выходной мощностью, то нужно подобрать лишь сопротивление резистора R*, чтобы светодиод, подключенный к выводу 10 ИМС, светился при максимальной мощности УМЗЧ.

Как видите, схема проста и не требует сложной настройки. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений для ее работы использовал одно плечо импульсного двухполярного блок питания УМЗЧ +15 вольт. На входе сигнала вместо подбора отдельных резисторов R* установил переменное сопротивление номиналом 20 кОм, что сделало индикатор универсальным для акустики разного сопротивления.

Для смены режимов индикации предусмотрел установку перемычки или кнопки с фиксацией. В финале замкнул перемычкой.

Сам усилитель Солнцева рассчитан на выходную мощность 70 Ватт на канал при 4 Омах нагрузки. В качестве акустических систем использую югославские HZK 12031 номинальной мощность 100 Ватт. Переменные сопротивления установил в значения 10 кОм для мощности 100 Ватт.

Печатные платы выполнены методом ЛУТ. Травление проводилось перекисью водорода, лимонной кислотой и поваренной солью из расчета 50 мл перекиси, 2 ч.л. кислоты и чайная ложка соли.

На плату, где размещены светодиоды, добавил светодиоды и их ограничительные резисторы для индикации аварии питания усилителя мощности. В случае нештатной ситуации по + 27 Вольт будут загораться верхние 11 и 12 светодиоды в верхнем ряду (красные), по -27 Вольт 23 и 24 светодиоды нижнего ряда (жаль не нашел светодиодов синего цвета для наглядности).

В случае, если эта часть индикатора не требуется, то всегда можно прибегнуть к услугам Sprint-Layout и убрать лишнее. Для удобства монтажа и главное доступности в случае ремонта разделил индикатор на две платы.

Как показали испытания и дальнейшая эксплуатация – схема проста, надежна и достойна рекомендаций к повторению.

lm393: включение

Рассмотрев схему подключения устройства, можно понять все этапы его работы. Ее сбор — под силу любому радиолюбителю. Для него понадобится несколько ключевых составляющих:

Фотографический резистор.
Два резистора с сопротивлением 33 000 и 330 Ом, соответственно.
Световой диод
3 батарейки 2А.
Потенциометр (1-20 кОм).

В указанной схеме задача компаратора состоит в сверке уровня приходящих сигналов с максимальной величиной, чтобы принимать решения о поступления электропитания на световой диод. А с помощью фотографического резистора можно изготовить небольшую ночную лампу. Ночью он светится, днём — гаснет.

Роль калибратора в данной конструкции принадлежит потенциометру. Он помогает в настройке сопротивления при включении/выключении светового диода в разное время суток. По итогам такого типа настройки становится возможным сравнение опорного электропитания и напряжения делителя, получаемого по линии подключения фотографического резистора и резистора с сопротивлением 33 кОм.

При попадании света на фотографический резистор, уровень его сопротивления опускается менее чем до 30 кОм. Получается, что значительная часть нагрузки остаётся простому резистору. В итоге, у входа конструкции, посредством резистивного делителя, напряжение будет ниже, чем опорное.

У выхода — более высокое напряжение, за счет которого световой диод гасится. В темное время суток у фотографического резистора — солидное сопротивление, поэтому он получит свою крупную часть нагрузки.

Напряжение, которое посылает резистивный делитель, больше, чем опорное. В итоге, у выхода конструкции оно сохраняется на низком уровне, что приводит к свечению диода.

Как работает схема (примеры)

По указанному принципу составляют датчик освещённости lm393. Это хороший пример взаимодействия lm393 и arduino.

В некоторых магазинах уже продаются уже собранные электронные модули. Их наименование содержит обозначение микросхемы.

Компаратор также используется для создания реле времени. Он является, по сути, усилителем, у которого есть инвертирующий и неинвертирующий входы, цифровой выход. К неинвертирующему входу поступает опорное напряжение, к инвертирующему — изменённое. Если значения сравниваются, у выхода устройства появляется так называемый сигнал «логической единицы».

Реле конструируют следующим образом. Опорное напряжение концентрируется на резисторах. Оно равно 40% этой величины от электропитания. Оно небольшое, поскольку на выходе компараторный транзистор не закрыт, а обратный резистор параллельно подключается к одному из основных.

У инвертирующего входа напряжение приближается к показателю питания, и с изменением заряда конденсатора оно падает. Когда оно достигает значения, меньшего, чем напряжение неинверторного входа, транзистор устройства закрывается.

При отсутствии параллельного соединения резисторов происходит увеличение опорного напряжения на 0,27. Это приводит к появлению гистерезиса lm393. Иными словами, при падении напряжения на конденсаторе, для нового переключения компаратора необходимо падение напряжения именно на эти 0,27 В.

Вычисление гистерезиса

Пересчитайте напряжение делителя при параллельном соединении двух резисторов. Их сопротивление высчитывается следующим образом:

Далее, высчитайте длительное напряжение:

А затем, считаем это напряжение без последнего резистора:

Гистерезисом будет являться разница вычисленных напряжений, равная как раз 0,27 В.

А как быть, если требуется зажигание светодиода строго через конкретный промежуток времени? Тогда поменяйте между собой R2 и R3, C1 и R1.

Рассмотрим все возможные варианты.

Реле (на компараторе) с инверсионным включением

Если питание отключается ненадолго, время считается не с первой минуты, поскольку разрядка конденсатора длится не быстро. Для ее ускорения желательно добавление диода.

Реле lm393 с одним диодом

Когда питание отключается, происходит разрядка конденсатора и питание схемы. Как правило, ток протекает через световой диод. Но чтобы компаратор не подпитывался от конденсатора, нужно добавление ещё одного диода

Реле lm393 с двумя диодами

Когда питание отключается, световой диод не загорается, но при этом конденсатор разряжается не так быстро, через резисторы.

Принципиальная схема 1 LED индикатора

Эта схема была взята от фирменного синтезатора, показывающего уровень сигнала после микрофонного предусилителя.

Какие преимущества имеет такой индикатор по отношению к классической 5-ти светодиодной конструкции? Он занимает мало места на лицевой панели, не требует подробного описания и настройки (-3 дБ, 0 дБ, + 3 дБ и т. Д.), Нет проблем со сверлением ровных отверстий (по одной линии), позволяет оценить уровень сигнала может и не совсем точно, но информация однозначно понятна:

Светодиод не горит — нет сигнала или очень низкий уровень,
светодиод мигает зеленым — диапазон ниже -6 дБ,
светодиод начинает светиться оранжевым — диапазон между -6 дБ и 0 дБ,
светодиод красный — 0 дБ и более, сигнал перегружен на 100%.

В общем если светодиод не зеленый, значит уровень превысил допустимый. Конечно он не выглядит так красиво как линейка, зато схема дешевле, чем при использовании специализированной микросхемы драйвера светодиодной линии.

Схема основана на популярном двойном операционном усилителе и двухцветном зелено-красном LED. Поскольку для питания предусилителей часто используется напряжение выше 5 В, на плате установлен стабилизатор LM317 (эту м/с можно удалить). Потенциометр позволяет снизить чувствительность и адаптироваться к конкретному применению. Например установить так, чтоб перегрузка сигнализировалась когда уровень составляет 0,7 В RMS, что соответствует перегрузке линейного входа звуковой карты.

Выбор именно такого LED из-за размера, у светодиода 3 мм легче получить оранжевый цвет, на 5 мм можно увидеть четко разделенный цвет зеленого и красного (в зависимости от модели).

светодиодный индикатор уровня низкочастотного сигнала

Инструкция и схема:

Схема в большом разрешении

Изменение в схеме – правильный резистор

Операционные усилители

Номер части	Предшественник	Устаревший?	Описание
LM10			Операционный усилитель с регулируемым опорным напряжением
LM12		да	Операционный усилитель большой мощности
LM101 LM201 LM301	мкА709		ОУ общего назначения с внешней компенсацией
LM107 LM207 LM307	мкА709	да	ОУ общего назначения
LM108 LM208 LM308		да	Прецизионный операционный усилитель
LM112 LM212 LM312		да	Микромощный операционный усилитель с внешней компенсацией
LM118 LM218 LM318			Прецизионный, быстрый операционный усилитель общего назначения с внешней компенсацией
LM321			Операционный усилитель малой мощности
LM124 LM224 LM324 LM2902			Четыре операционных усилителя с широким диапазоном питания
LM143 LM343		да	Операционный усилитель высокого напряжения
LM144 LM344		да	Высоковольтный операционный усилитель с высокой скоростью нарастания напряжения
LM146 LM346		только LM146	Программируемые четырехъядерные операционные усилители
LM148 LM248 LM348			Счетверенные операционные усилители общего назначения
LM158 LM258 LM358 LM2904			Маломощные двойные операционные усилители с широким диапазоном питания
LM392			Двойные операционные усилители малой мощности и компаратор
LM432	LM358, LMV431		Двойные операционные усилители с фиксированным опорным напряжением 2,5 В
LM611			Операционный усилитель с регулируемым опорным напряжением
LM614			Счетверенные операционные усилители с регулируемым опорным напряжением
LM675			Операционный усилитель мощности с максимальным выходным током 3 ампера
LM709		да	ОУ общего назначения
LM741	LM709		ОУ общего назначения. Широко используемый.
LM748			ОУ общего назначения с внешней компенсацией
LM833			Двойные высокоскоростные операционные усилители звука
LM837			Счетверенные операционные усилители с низким уровнем шума

Описание выводов

Микросхема реализована в стандартных корпусах DIP, SO
и имеет 8 выводов для подключения к цепям питания и формирования сигналов. Два из них (4, используются в качестве выводов двухполярного и однополярного питания в зависимости от типа источника или конструкции готового устройства. Входы микросхемы 2, 3 и 5, 6. Выходы 1 и 7.

В схеме операционного усилителя имеются 2 ячейки со стандартной топологией выводов и без цепей коррекции. Поэтому для реализации более сложных и технологичных устройств потребуется предусматривать дополнительные схемы преобразования сигналов.

Микросхема является популярной и используется в бытовых приборах
, эксплуатируемых при нормальных условиях, и в особых с повышенной или пониженной температурой окружающей среды, высокой влажностью и прочими неблагоприятными факторами. Для этого интегральный элемент выпускается в различных корпусах.