Приборы-помощники

«ОПЕРАЦИОННИК»-УНИВЕРСАЛ

24.08.2015
«ОПЕРАЦИОННИК»-УНИВЕРСАЛВ последние годы широкое распространение получили интегральные микросхемы, представляющие собой почти законченный узел (усилитель радио-или звуковой частоты, детектор и т.п.) или радиоаппарат в целом. Однако при всей своей привлекательности (особенно для массового производства узкопрофильной техники) чрезмерная специализация ИМС лишена схемотехнической гибкости и порой затрудняет решение разнородных задач, возлагаемых на радиоэлектронику. Отчетом этого-то и выпускается огромное количество более универсальных микросхем — так называемых операционных усилителей (ОУ).
 
Являясь по сути своей интегральными усилителями постоянного тока с большим коэффициентом усиления, рассчитанными на совместную работу с разнообразными внешними цепями отрицательной обратной связи (ОС), «операционники» хорошо знакомы опытным радиолюбителям. Осваивают эти универсальные слагаемые современной электроники также и новички, которым адресуется, в первую очередь, данный материал.
 
В зависимости от типа выбранной ОС можно на выходе получать пропорциональное усиление входного сигнала, нелинейную функцию его, математические действия. Ориентироваться в столь безбрежном море информации помогает (особенно на первых порах) краткий справочный документ, составленный с учетом наиболее характерных примеров включения ОУ и выполняемых при этом задач (см. таблицу).
 
Отдавая должное такому важному параметру ОУ, как коэффициент усиления напряжения к, Который уменьшается с ростом частоты входного сигнала, нельзя, однако, не учитывать и остальных характеристик. Поскольку входы «операционника» отвечают внутренней дифференциальной схеме, постольку он эффективно усиливает разностное напряжение, поданное на данные входы; этому соответствует дифференциальное входное сопротивление Rвх. Подаваемое на входы напряжение не должно превышать величины Uдф.макс, во избежание искажений входного сигнала и вывода ОУ из строя.
 
Нельзя также не учитывать, что в отсутствие сигнала на входе, на выходе может возникать некоторый сигнал из-за токов, протекающих через внутреннее сопротивление источника сигнала. Не исключено также включение между входами «операционника» балансировочного резистора, задающего необходимое напряжение смещения Uсм.
 
Примеры наиболее часто встречающихся включений оперативных усилителей и выполняемые при этом функции
 
Примеры наиболее часто встречающихся включений оперативных усилителей и выполняемые при этом функции
 
В таблице DA1 — ОУ. k — коэффициент усиления, Uвх, Iвх, Uвых — напряжение и ток на входе и выходе.
 
Предельный выходной ток ОУ Iвых.макс определяет минимальное сопротивление присоединяемой нагрузки Rн.мин. Говоря об этом, нельзя не отметить, что многие современные модификации ОУ имеют каскад защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе.
 
Перечисленные параметры приводятся практически во всех добротных справочниках по ОУ.
 
Убеждаясь на практике поистине в универсальных усилительных возможностях «операционников», приходится, однако, констатировать и определенную предрасположенность их к некоторой специализации. Более того, принято даже подразделять ОУ на несколько видов:
 
общего применения, на основе которых строятся узлы аппаратуры с общей погрешностью около одного процента;
 
быстродействующие;
 
прецизионные, с погрешностью не более десятых долей процента;
 
микромощные;
 
программируемые, отдельные параметры которых могут изменяться с помощью внешних цепей управления.
 
Следует также отметить, что ОУ рассчитаны в основном на двуполярное питание со средней точкой; организовать его удается («схемными» методами) и при однополярном источнике питания.
 
Ну а теперь, когда сделан небольшой экскурс по основным свойствам и параметрам ОУ, нелишне рассмотреть несколько примеров использования этих полупроводниковых устройств в радиолюбительской практике. Пожалуй, наибольшее распространение получили здесь «операционники», работая в качестве «заместителей» специализированных микросхем — предварительных усилителей звуковых частот. В частности, заслуженное признание и успех сопутствовал (и до сих пор сопровождает!) схемное решение УЗЧ для переносного радиоприемника с выходной мощностью до 0,3 Вт.
 
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема и топология псевдопечатной платы усилителя звуковой частоты на микросхеме КР140УД8А и двух транзисторах КТ815А
 
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема и топология псевдопечатной платы усилителя звуковой частоты на микросхеме КР140УД8А и двух транзисторах КТ815А
 
В модернизированном автором варианте такого устройства (рис. 1) с функциями предварительного усилителя хорошо справляется микросхема DA1 типа КР140УД8А. Двухтактный усилитель мощности безукоризненно работает на транзисторах VT1, VT2 разного типа проводимости. С выхода последнего на вход 2 ОУ подается обратная связь по цепи R6, R3, С2.
 
Подбором резистора R5 в отсутствие сигнала устанавливают на эмиттерах транзисторов напряжение покоя, равное половине Uпит.. Остальное — в соответствии с принципиальной электрической схемой, собираемой на псевдопечатной плате из фольгированного пластику где размещение радиодеталей показано «на просвет», то есть со стороны прорезанных в фольге токонепроводящих дорожек.
 
В таком самодельном УЗЧ могут применяться конденсаторы КЛС (С1, С3), К50-6 (С2, С4), резисторы МЛТ-0,125 и динамическая головка ВА1 мощностью 0,5—2 Вт при сопротивлении звуковой катушки порядка 8 Ом.
 
Хотя ОУ не принадлежат к числу высокочастотных приборов, некоторые модификации позволяют любителям собирать радиоприемные устройства, основное достоинство которых — простота конструкции и небольшие габариты. Неплохие результаты получают, например, на «операционнике» типа КР140УД1Б (рис. 2), допускающем однополярное питание от миниатюрной батарейки GB1 типа L1028.
 
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема и монтажная плата микроприемника на базе операционного усилителя
 
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема и монтажная плата микроприемника на базе операционного усилителя
 
Сигнал в диапазоне СВ воспринимается магнитной антенной WA1. Выделенный настроенным в резонанс колебательным контуром L1С1С2, он поступает на вход ОУ. В недрах «операционника» происходят усиление радиосигнала, его детектирование и усиление звуковой составляющей, которая озвучивается ушным микротелефоном BF1 типа ТМ-4.
 
Наилучший режим для работы операционного усилителя КР140УД1Б можно задавать по постоянному току резистором R1, а соответствующим подбором емкости конденсатора С4 (в пределах 20—200 пкФ) выделять участок диапазона, где желательно иметь повышенную чувствительность.
 
Предлагаемый же вариант разрабатывался в расчете на фиксированный прием наиболее почитаемой владельцем местной радиостанции. Конденсатор С2 здесь — гарант грубой, а С1 —точной настройки. При желании вместо них можно поставить переменный конденсатор типа КП-180, чтобы иметь плавную перестройку колебательного контура (и приемника в целом) на несколько радиостанций.
 
Катушка И в авторском варианте намотана проводом ПЭЛШО-0,12 на ферритовом стержне марки 400НН длиной 40—60 мм; число витков — порядка сотни. Достоянные конденсаторы типа КЛС (С2, С4) и К53-1 (С3), подстроечный — КТ4-21, резистор МЛТ-0,125. Монтажная плата выполнена по уже описанной технологии.
 
Рис. 3. Схемы генератора звуковой частоты (а) и прибора для поиска скрытой проводки (б)
 
Рис. 3. Схемы генератора звуковой частоты (а) и прибора для поиска скрытой проводки (б)
 
В заключение еще два интересных технических решения на основе ОУ, реализация которых вполне по силам любому, даже начинающему радиолюбителю. Первое есть не что иное, как генератор звуковой частоты с положительной ОС между выходом и входом (рис. За). Переменный резистор R1 необходим здесь для создания ОС — через диоды VD1, VD2. «Переменник» R2 регулирует частоту колебаний звукового диапазона, определяемого элементами схемы R1, С2.
 
При подключении электропитания на выходе 1 имеем периодический сигнал треугольной, а на выходе 2 — прямоугольной формы. Для громкого воспроизведения один из выходов подается на достаточно мощный усилитель.
 
По достоинству будет, думается, оценено читателями и последнее из предлагаемых решений (рис. 3б). Это компактный и чуткий прибор для поиска электропроводки, скрытой в штукатурке.
 
Когда антенна WA1 (металлический стержень либо полоска фольги на плате) расположена у токонесущего провода, наводимые в ней «сетеаые 50 Гц» усиливаются КР140УД1208, и на выводе 6 «операционника» появляется напряжение, заставляющее светодиод АЛ307Б подавать довольно сильный ярко-красный сигнал. И, наоборот, у места обрыва проводки индикатор гаснет.
 
Ю. ПРОКОПЦЕВ




Рекомендуем почитать
  • «СТОРОЖ» АВТОМОБИЛЯ

    «СТОРОЖ» АВТОМОБИЛЯКакого автолюбителя не волнует, как надежнее защитить свой автомобиль от угона или вторжения посторонних лиц? Здесь, как правило, на помощь приходит электроника. Однако большинство злектронных устройств, предназначенных для защиты транспортных средств, зачастую сложны и дороги, к тому же для них нередко нужны изолированные от корпуса концевые выключатели. Все это ограничивает широкое применение таких «сторожей» автолюбителями.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.