Guia abrangente do amplificador operacional LM324: pinos, aplicações, embalagem e folha de dados

Instrumentos LM324 Texas+BOM

1. Introdução: O Quad Op-Amp "versátil"

No mundo dos circuitos eletrônicos,o LM324se destaca como um engenheiro versátil, servindo como um componente central em controle industrial, eletrônicos de consumo e dispositivos médicos por meio de sua integração de quatro canais, ampla adaptabilidade de tensão e economia. Este amplificador operacional clássico, nascido na década de 1970, continua a prosperar com sua compatibilidade para alimentação única de 3 V ~ 32 V (alimentação dupla ± 1,5 V ~ ± 16 V), largura de banda de 1,2 MHz e taxa de variação de 0,5 V / μs. Seja amplificando sinais de sensores de nível de microvolts ou convertendo níveis em sistemas de 5V, o LM324 alcança controle preciso com circuitos minimalistas.

2. Recursos principais: o design quatro em um "robusto"

2.1. Arquitetura de hardware: quatro canais independentes para redes flexíveis

Internamente integrado com quatro amplificadores operacionais totalmente diferenciais que compartilham fontes de alimentação (pino 4 para VCC, pino 11 para GND), cada canal inclui entradas não inversoras (IN+), inversoras (IN-) e uma saída de terminação única (OUT). O estágio de entrada diferencial suporta tensão de modo comum cobrindo o trilho de alimentação negativo (até 0 V no modo de alimentação única), eliminando a necessidade de polarização extra para interface direta com sensores de baixo nível, como termopares e medidores de tensão.

2.2. Robustez Elétrica: Ampla Tensão, Baixa Potência e Proteção

Adaptabilidade de Tensão: Alimentação única de 3V (baterias de lítio) a 32V (barramento industrial), alimentação dupla de ±1,5V (dispositivos portáteis) a ±16V (instrumentos), cabendo em mais de 90% das tensões do sistema.

Controle de energia: Corrente quiescente de apenas 375μA por canal, consumo total de energia <1,5mA para quatro canais, ideal para nós IoT alimentados por bateria.

Mecanismos de Segurança: Proteção contra curto-circuito de saída (sustenta curto-circuito contínuo), fixação ESD de entrada (±2kV HBM), resiliente contra erros de soldagem de PCB.

2.3. Parâmetros de Desempenho: Equilibrando Praticidade e Custo

3. Decodificação de pinos: o "soquete universal" de 14 pinos

Tomando o pacote DIP-14 como exemplo, as funções dos pinos seguem uma estrutura "3+1" (três amplificadores operacionais + fonte de alimentação comum):

Dicas de layout: Evite roteamento paralelo de pinos IN+ e IN- para amplificadores operacionais adjacentes para reduzir diafonia; engrossar os traços VCC e GND para mitigar o ruído de energia.

4. Princípio de funcionamento: A filosofia da "linha de montagem" da amplificação em três estágios

Cadaamplificador operacionalemprega uma arquitetura clássica de três estágios, análoga a uma linha de produção de precisão:

Estágio de entrada diferencial: O par diferencial de transistor bipolar amplifica os sinais Vin+ - Vin- com 80dB CMRR, filtrando a interferência da rede elétrica de 50Hz.

Estágio de ganho intermediário: Amplificador de emissor comum com compensação de frequência, capacitor de 10pF integrado evita autooscilação acima de 1 MHz para estabilidade de circuito fechado.

Estágio de saída push-pull: Estrutura do amplificador Classe AB, resistência de saída <100Ω, aciona cargas de 10kΩ, limita a corrente a 50mA durante curtos-circuitos.

5. Cinco aplicações clássicas: da cadeia de sinal à cadeia de energia

5.1. Condicionamento do Sensor: Compensação de Junção Fria de Termopar

Circuito: Amplificador operacional configurado como amplificador não inversor (ganho 100), IN+ conecta-se ao termopar (sinais mV), IN- aterra através de resistor de 10kΩ, resistor de feedback 1MΩ.

Chave: Aproveita a característica IN+ de modo comum para GND para amplificar diferenças de temperatura de 0 ~ 20 mV sem polarização, adequado para termopares Tipo K.

Otimização: O resistor paralelo de 100kΩ na entrada evita a saturação do amplificador operacional durante o circuito aberto do termopar.

5.2. Amplificação de áudio de alimentação única: pré-amplificador de microfone 3V

Circuito Inversor: Ri = 1kΩ (corresponde à impedância do microfone de eletreto), Rf = 10kΩ (ganho -10), polarização de 1/2VCC por meio de dois divisores de tensão de 10kΩ.

Dica: O capacitor de saída de 10μF bloqueia DC, reduz a ondulação de 50Hz, THD <1% (onda senoidal de 1kHz).

Expansão: Quatro amplificadores operacionais podem ser cascateados em filtros de dois estágios para canais de áudio de 20 Hz a 20 kHz.

5.3. Comparador de tensão: proteção contra sobretensão da bateria de lítio

Detecção de janela: Dois amplificadores operacionais definem limites em 4,2 V (corte de carga) e 2,5 V (corte de descarga); quando a tensão da bateria sai [2,5 V, 4,2 V], a saída baixa aciona o desligamento do MOSFET.

Inovação: Utiliza saída push-pull de amplificador operacional para acionar transistores NPN diretamente, eliminando resistores pull-up e reduzindo o custo do circuito em 30%.

5.4. Circuito Integrador: Monitoramento da Velocidade do Motor

Princípio: As ondas quadradas do sensor Hall passam pela integração RC (R = 100kΩ, C = 10μF), amplificador operacional como integrador; tensão de saída proporcional à velocidade (0~5V para 0~5000rpm).

Calibração: O potenciômetro ajusta o resistor de feedback para compensar erros de componentes, linearidade ±0,5%.

5.5. Oscilador: uma alternativa "drop-in" para 555

Geração de onda quadrada: Amplificador operacional configurado como gatilho Schmitt, constante de tempo RC de resistor de 100kΩ e capacitor de 10nF (frequência ≈1kHz), ciclo de trabalho de 50%.

Vantagem: Elimina a estrutura de comparador duplo do 555, consegue com um único amplificador operacional + passivos, reduz a área do PCB em 40%.

6.Circuitos de aplicação típica LM324

1. LM324 como umAmplificador AC inversor

Este amplificador substitui transistores para amplificação AC, adequado para pré-amplificação em sistemas de som. O circuito não requer ajuste, usando uma única fonte de alimentação onde R1 e R2 formam uma polarização de 1/2V+. C1 atua como um capacitor de amortecimento.

O ganho de tensão (AV) é determinado pelos resistores externos RI e RF: AV=−RF/RI

O sinal negativo indica que o sinal de saída está invertido em relação à entrada. Para valores mostrados, AV = -10. A resistência de entrada é igual a RI, normalmente compatível com a resistência interna da fonte de sinal, com RF selecionado para o ganho desejado. CO e CI são capacitores de acoplamento.

Este circuito apresenta alta impedância de entrada. R1 e R2 formam um divisor de tensão de 1/2V+, polarizando o amplificador operacional via R3.

A fórmula de ganho de tensão é:AV=1+RF/R4

A resistência de entrada é definida por R3, com R4 normalmente variando de vários kΩ a dezenas de kΩ.

A sonda de temperatura usaum transistor de silício(3DG6) configurado como diodo. A tensão base-emissor do transistor tem um coeficiente de temperatura de -2,5mV/°C, o que significa que diminui 2,5mV para cada aumento de °C. O amplificador operacional A1 atua como um amplificador DC não inversor: temperaturas mais altas reduzem a queda de tensão em BG1, diminuindo a tensão na entrada não inversora de A1 e em sua saída.

Este é um processo de amplificação linear. Conectar um circuito de medição ou controle à saída A1 permite a indicação ou controle automático.

Remover o resistor de feedback (ou tratá-lo como infinito) coloca o amplificador operacional em uma condição de malha aberta. Embora teoricamente infinito, o ganho de malha aberta do LM324 é de 100dB (100.000×), tornando-o um comparador de tensão com saídas em níveis altos (V+) ou baixos (V- ou GND). A saída é baixa quando a tensão de entrada positiva excede a entrada negativa.
Dois amplificadores operacionais formam um comparador de nível de tensão:

R1 e R1' definem o limite de comparação U1 para A1.

R2 e R2' definem o limite U2 para A2.

A UI de tensão de entrada se conecta à entrada positiva de A1 e à entrada negativa de A2.

Se UI > U1, A1 terá saída alta.

Se UI <U2, A2 terá saída alta.

Qualquer saída alta liga o transistor BG1, acendendo o LED.

Com U1 > U2, o LED acende quando a UI sai [U2, U1], atuando como um indicador de nível de tensão.

Com U2 > U1, o LED acende quando UI está dentro de [U2, U1], servindo como um indicador de tensão de "janela".
Modificado para uso com sensores, este circuito detecta limites duplos para grandezas físicas, curtos-circuitos, circuitos abertos, etc.

7. Seleção e alternativas: escolhas baseadas em cenários

9. Pacote LM324

 

10.Conclusão: LM324, um clássico Evergreen

Das calculadoras da década de 1970 às casas inteligentes da década de 2020, o LM324 provou ao longo de meio século que os verdadeiros clássicos residem na resolução de problemas complexos com as arquiteturas mais simples. Seu charme decorre não apenas da economia de espaço de quatro canais, mas também de seu profundo conhecimento de sistemas de fonte única – quando 90% das aplicações precisam de apenas 5V, o LM324 incorporou a filosofia de “não são necessárias fontes duplas” em seu DNA. Para os engenheiros, oLM324é mais que um componente; é uma filosofia de design: alcançar as funções mais confiáveis ​​com o menor número de peças externas. Num futuro próximo, este amplificador operacional "quatro em um" continuará a criar narrativas eletrônicas simples, mas poderosas, em cada nó da cadeia de sinal.

Produtos mais vendidos da SIC

71421LA55J8                   UPD44165184BF5-E40-EQ3-A              SST39VF800A-70-4C-B3KE           IS66WV1M16DBLL-55BLI-TR       AS4C32M16SB-7BIN          W25Q16FWSNIG

AS7C34098A-20JIN       752369-581-C               W957D6HBCX7I TR                   IS61LPS12836EC-200B3LI         MX25L12875FMI-10G               QG82915PL

As informações do produto são deSIC Eletrônica Limitada. Se você estiver interessado no produto ou precisar de parâmetros do produto, pode entrar em contato conosco online a qualquer momento ou enviar-nos um email: sales@sic-chip.com.