lm324工作原理
描述
一、lm324简介
LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
LM324的特点：
1.短跑保护输出
2.真差动输入级
3.可单电源工作：3V-32V
4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）
5.每封装含四个运算放大器。
6.具有内部补偿的功能。
7.共模范围扩展到负电源
8.行业标准的引脚排列
9.输入端具有静电保护功能
二、lm324引脚图功能
LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）封装，外形如图所示。它的内部包含四组形 式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输 入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相 反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列 见图2。
图一 lm324符号 图二 lm324功能引脚图
图3 LM324集成电路内部电路图
三、特性参数
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。下面介绍其应用实例。
四、应用电路
1、反相交流放大器
电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路 无需调试。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。Rf如改为可变电阻，可任意调整电压放大的倍数。
图4
放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数 值，Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。
2、同相交流放大器
见附图。同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。
图5
电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆
3、交流信号三分配放大器
此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用 作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高，运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放 大状态时Rf=0的情况，故各放大器电压放大倍数均为1，与分立元件组成的射极跟随器作用相同
图6
R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输 出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出。
4、测 温电路
见附图。感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/℃，即温度每上升1度，发射结电压变 会下降2.5mV。运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。这是一个线 性放大过程。在A1输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。
图7
5、有源带通滤波器
许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带 通滤波器的中心频率
，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数
，3dB带宽B=1/（п*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao 值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。上式 中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。
图8
此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。
6、比较器
当去掉运放的反馈电阻时，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态），理论上认为运放的 开环放大倍数也为无穷大（实际上是很大，如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍）。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平 （V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。
图9
附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1ˊ组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2ˊ组成分 压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui >U1时，运放A1输出高电平；当Ui 《U2时，运放A2输出高电平。运放A1、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。若选择U1》U2， 则当输入电压Ui越出［U2，U1］区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2 》 U1，则当输入电压在［U2，U1］区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。
此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。
7、单稳态触发器
见附图10。此电路可用在一些自动控制系统中。电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准。静态时，电容C1充 电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2 突然降至地电平，此时因为U1》U2，故运放A1输出低电平。当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大 于U1时，既U2》U1，A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发。显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则 缩短。
图10 图11
图三如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。刚加电 时，U1》U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2》U1时，A1输出才变为高电平。参考图四。