«ОПЕРАЦИОННИК»-УНИВЕРСАЛ

В 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

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

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

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)

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