خلاصه ۳ خطی
فهرست مطالب19 بخش
- آپامپ در یک پاراگراف
- چرا LM358 و LM324 هنوز برای مبتدی‌ها مهم‌اند؟
- اعدادی که باید از روی برچسب کالا / دیتاشیت بخوانید
- پین‌اوت ذهنی برای شروع
- مدار ۱: بافر ولتاژ (دنبال‌کننده‌ی ولتاژ)
- مدار ۲: تقویتکنندهی غیرمعکوس‌کننده
- مدار ۳: تقویتکنندهی معکوس‌کننده
- مدار ۴: مقایسهگر با آپامپ — و فرق با LM339
- محدودیت‌هایی که مبتدی‌ها را غافلگیر می‌کند
- مثال کاربردی: بافر و آستانه‌ی دما با LM35
- SMD یا DIP؟
- عیب‌یابی سریع
- چه وقت سراغ قطعهی دیگر بروید؟
- تغذیه تکمنبع و پایه‌ی مرجع مجازی
- چیدمان روی برد و خازن کناره
- مقایسه‌ی سریع با قطعات اطراف در سبد خرید
- چک‌لیست قبل از روشن کردن
- سؤالات متداول
- LM358 با LM324 چه فرقی دارد؟
- آیا خروجی LM358 ریلتوریل است؟
- میتوان LM358 را بهعنوان مقایسهگر به کار برد؟
- تغذیهی مجاز LM358 و LM324 چند ولت است؟
- آفست ورودی چه معنایی دارد و چقدر است؟
- جمع‌بندی
- LM358 دو آپامپ و LM324 چهار آپامپ در یک تراشه‌اند؛ هر دو برای تغذیه تکمنبع طراحی شده‌اند و ورودی مشترک‌حالت‌شان تا زمین می‌رسد.
- طبق اعداد درجشده در صفحهی کالای ایکانو: LM358 پهنای باند حدود ۰٫۷ مگاهرتز و نرخ چرخش حدود ۰٫۳ V/µs؛ LM324 پهنای باند ۱٫۲ مگاهرتز و نرخ چرخش ۰٫۵ V/µs؛ آفست معمول ۳ mV و حداکثر ۷ mV در ۲۵°C.
- خروجی این خانواده ریلتوریل نیست. LM339 مقایسهگر است نه آپامپ؛ برای آستانهسازی سریع سراغ مقایسهگر بروید.
جواب کوتاه: آپامپ (تقویتکنندهی عملیاتی) قطعه‌ای با بهرهٔ ولتاژ خیلی بالاست که با مقاومت‌های بیرونی، بهره و رفتار مدار را شما تعیین می‌کنید. برای شروع پروژه‌های ۵ یا ۱۲ ولت تکمنبع، LM358 پکیج DIP (دو کانال) یا LM324 پکیج DIP (چهار کانال) انتخاب‌های کلاسیک و موجودند. نسخهی SMD هم هست: LM324 در SO-14. این مقاله با اعداد صفحهی کالا و دیتاشیت TI توضیح می‌دهد کجا تقویت‌کننده ببندید، کجا مقایسهگر، و چرا LM339 را با آپامپ عوضی نگیرید.
اگر سیگنال ورودی‌تان از حسگر دما می‌آید، اول راهنمای انتخاب سنسور دما (LM35، NTC، SHT20، BMP280) را بخوانید؛ بعد اگر لازم شد همان سیگنال را با LM358 بافر یا تقویت کنید. برای فهم ترانزیستور بهعنوان سوئیچ بعد از مقایسهگر، ترانزیستور چیست مفید است. انتخاب مقاومت فیدبک را با راهنمای انتخاب مقاومت و مفهوم RC را با مقاومت و خازن جمع کنید.
آپامپ در یک پاراگراف
آپامپ ایده‌آل دو ورودی دارد (معکوس‌کننده − و غیرمعکوس‌کننده +)، یک خروجی، و بهرهٔ حلقه‌باز بسیار بزرگ. در عمل شما با دو مقاومت (یا بیشتر) حلقه فیدبک می‌بندید تا بهرهٔ بسته‌حلقه معقول شود؛ مثلاً ۲، ۱۰ یا ۲۰. بدون فیدبک منفی، خروجی معمولاً به یکی از سقف‌های تغذیه می‌چسبد و برای تقویت خطی به درد نمی‌خورد. قانون طلایی طراحی خطی: در حالت پایدار، ولتاژ دو ورودی تقریباً برابر میشود (مجازی کوتاه) و جریان ورودی‌ها خیلی کم است.
چرا LM358 و LM324 هنوز برای مبتدی‌ها مهم‌اند؟
- تغذیه تکمنبع: لازم نیست حتماً ±۱۵ ولت آزمایشگاهی داشته باشید؛ ۵ یا ۱۲ ولت یک‌طرفه کافی است.
- ورودی تا زمین: بازه‌ی ولتاژ مشترکحالت ورودی شامل زمین است؛ برای حسگرهایی که نزدیک صفر ولت سیگنال میدهند (مثل LM35 در دماهای پایین) مناسباند.
- قیمت و موجودی: DIP برای بردبورد و آموزش راحت است؛ SO-14 برای برد فشرده.
- چند کانال: با یک LM324 می‌توانید چند مرحله‌ی بافر، فیلتر و مقایسهگر نرم بسازید.
اعدادی که باید از روی برچسب کالا / دیتاشیت بخوانید
اعداد زیر از مشخصات درجشده در صفحهی کالای ایکانو (که به دیتاشیت ارجاع میدهند) آمده‌اند. نسخههای «B» جدیدتر TI ممکن است عدد بهتری بدهند؛ همیشه همان گریدی را بخوانید که خریده‌اید.
| پارامتر | LM358 (صفحهی کالا) | LM324 (صفحهی کالا) | یعنی چه برای شما |
|---|---|---|---|
| تعداد آپامپ | ۲ (DIP-8) | ۴ (DIP-14 / SO-14) | چند مرحله در یک تراشه |
| تغذیه توصیه‌شده (تک) | حدود ۳ تا ۳۰ V | حدود ۳ تا ۳۰ V | ۵ و ۱۲ ولت رایج‌اند |
| پهنای باند بهره (GBW) | ۰٫۷ MHz | ۱٫۲ MHz | برای صوت Hi-Fi یا RF کافی نیست؛ برای حسگر کند عالی است |
| نرخ چرخش (Slew Rate) | ۰٫۳ V/µs | ۰٫۵ V/µs | لبه‌های سریع را کند می‌کند |
| آفست ورودی در ۲۵°C | ۳ mV معمول / ۷ mV حداکثر | ۳ mV معمول / ۷ mV حداکثر | با بهره چند برابر میشود |
| خروجی ریلتوریل | خیر | خیر | نزدیک ۰ و VCC کامل نمیرسد |
در دیتاشیت‌های TI برای خانوادهی جدیدتر، پهنای باند ۱٫۲ مگاهرتز و نرخ چرخش ۰٫۵ ولت بر میکروثانیه برای بعضی نسخه‌ها آمده است. طبق همان دیتاشیت، خروجی دستکم حدود ۱٫۵ ولت زیر ریل مثبت میماند (در نسخهی استاندارد با بار ۱۰ کیلواهم حدود ۲ تا ۳ ولت)، ولی سمت زمین با بار سبک تا حدود ۵ تا ۲۰ میلیولت به زمین می‌رسد و با جریان بیشتر این فاصله تا حدود ۱ ولت بالا می‌رود. اگر صفحهی کالا برای LM358 عدد ۰٫۷ مگاهرتز نوشته، همان را برای طراحی با همان قطعه ملاک بگیرید و منبع را «مشخصات کالا / دیتاشیت» بنویسید.
پین‌اوت ذهنی برای شروع
- LM358 (DIP-8): دو آپامپ؛ پایههای خروجی، ورودی − و + برای هر کدام؛ تغذیه مثبت و زمین.
- LM324 (DIP-14): چهار آپامپ مشابه؛ یک تغذیهی مشترک برای هر چهار کانال.
قبل از لحیم، شماره‌ی پایه را از روی شیار پکیج (notch) یا نقطه علامت پیدا کنید. سوکت DIP اگر روی برد آزمایشی کار می‌کنید عمر تراشه را بالا می‌برد. دسته‌ی آی‌سی را برای موجودی ببینید.
مدار ۱: بافر ولتاژ (دنبال‌کننده‌ی ولتاژ)
خروجی را مستقیم به ورودی معکوس‌کننده (−) وصل کنید و سیگنال را به ورودی غیرمعکوس‌کننده (+) بدهید. بهره ≈ ۱ است ولی جریان خروجی از آپامپ تأمین میشود و بار روی حسگر کم میشود. کاربرد: بافر کردن خروجی LM35 قبل از کابل یا قبل از ADC پرنویز. خازن ۱۰۰ نانوفاراد را بین VCC و GND تراشه، نزدیک پایه‌ها بگذارید.
مدار ۲: تقویتکنندهی غیرمعکوس‌کننده
بهرهٔ ایده‌آل: G = 1 + Rf/Rg. مثال: Rf=۱۸۰ کیلواهم و Rg=۱۰ کیلواهم → G≈۱۹. اگر آفست ورودی ۳ میلیولت باشد، در خروجی حدود ۵۷ میلیولت جابه‌جایی دارید؛ برای اندازه‌گیری دقیق یا کالیبره کنید یا بهره را بی‌خودی بزرگ نگیرید. مقاومت‌ها را از سری ۱/۴ وات موجود مثل ۱۰ کیلواهم و مقادیر نزدیک در دسته‌ی مقاومت ۱/۴ وات بچینید. کد رنگی و سری E12 را در مقاومت و خازن مرور کنید.
مدار ۳: تقویتکنندهی معکوس‌کننده
بهرهٔ ایده‌آل: G = −Rf/Rin. ورودی از طریق Rin به پایه‌ی − می‌رود و فیدبک Rf از خروجی به − برمی‌گردد؛ پایه‌ی + را معمولاً به زمین مرجع (یا به Vref وسط تغذیه در مدارهای تکمنبع پیشرفته‌تر) می‌بندند. فاز سیگنال برعکس میشود؛ در فیلترها و جمع‌کننده‌ها رایج است.
مدار ۴: مقایسهگر با آپامپ — و فرق با LM339
اگر فیدبک منفی نگذارید و دو ولتاژ را به + و − بدهید، خروجی به سمت بالا یا پایین اشباع می‌رود؛ این رفتار «مقایسهگر» است. برای چراغ هشدار دما یا ترموستات ساده کافی است. ولی:
- آپامپ برای کار خطی بهینه‌شده و بازیابی از اشباع میتواند کند باشد.
- LM339N از نظر کارکرد یک مقایسهگر چهارتایی با خروجی کلکتور باز است، نه آپامپ خطی. اگر در عنوان بعضی صفحات کلمهی «آپامپ» کنار LM339 دیده میشود، آن را برچسب نام‌گذاری بدانید و از روی دیتاشیت/کارکرد انتخاب کنید: برای آستانهسازی و اتصال به منطق با مقاومت پول‌آپ، LM339 مناسب‌تر از به اشباع‌راندن LM358 است.
هیسترزیس (فیدبک مثبت کوچک) جلوی لرزش خروجی دور آستانه را می‌گیرد؛ دو مقاومت کافی است.
محدودیت‌هایی که مبتدی‌ها را غافلگیر می‌کند
| محدودیت | علامت روی میز کار | چه کار کنید |
|---|---|---|
| خروجی ریلتوریل نیست | خروجی به ۰٫۰ ولت یا ۵٫۰ کامل نمیرسد | آستانه را وسط‌تر بگیرید؛ تغذیه را بالاتر ببرید؛ یا آپامپ RR جدا |
| آفست چند میلیولت | در بهره بالا خروجی «صفر» جابه‌جا است | کالیبراسیون نرم‌افزاری یا قطعهی آفستکم |
| GBW و Slew محدود | موج مربعی گرد میشود؛ تقویت RF شکست می‌خورد | برای حسگر دما و کنترل آهسته مشکلی نیست؛ برای صوت/RF قطعهی سریعتر |
| محدودیت جریان خروجی | رله یا موتور مستقیم از خروجی آپامپ | ترانزیستور / ماسفت / درایور جدا؛ آپامپ فقط فرمان بدهد |
| نوسان با بار خازنی | زنگ‌زدن روی اسیلوسکوپ | مقاومت ایزوله سری با خروجی؛ خازن کناره روی تغذیه |
رله و بار سلفی را مستقیم از LM358 نکشید؛ همان الگوی راه‌اندازی رله با ترانزیستور و دیود هرزگرد را بعد از مرحله‌ی مقایسهگر بگذارید. برای تغذیه پایدار مدار آنالوگ، راهنمای انتخاب رگولاتور را ببینید.
مثال کاربردی: بافر و آستانه‌ی دما با LM35
- خروجی LM35DZ را به ورودی + یک آپامپ LM358 به‌صورت بافر بدهید.
- خروجی بافر را هم به ADC بخوانید هم به ورودی یک مقایسهگر (آپامپ دوم همان تراشه یا LM339).
- آستانه را با تقسیم‌کننده‌ی مقاومتی روی ورودی دیگر بسازید (مثلاً معادل ۳۰ درجه ≈ ۳۰۰ میلیولت).
- خروجی مقایسهگر را با ترانزیستور به رله یا فن وصل کنید؛ نه مستقیم از پایه‌ی آپامپ به بوبین.
جزئیات انتخاب خود حسگر در راهنمای سنسور دما است. اگر به‌جای LM35 از NTC استفاده می‌کنید، اول ولتاژ تقسیم‌کننده را خطی نکنید مگر لازم باشد؛ گاهی همان ولتاژ خام برای مقایسه‌ی آستانه کافی است.
SMD یا DIP؟
برای آموزش و تعمیر، DIP-8 و DIP-14 با دست راحت‌ترند. برای تولید یا کمبود جا، LM324 SO-14 همان چهار کانال را در پکیج سطحی می‌دهد. لحیم SMD نیاز به نوک مناسب و تمرین دارد؛ اصول کلی در مقالات لحیم‌کاری سایت آمده است. اگر اسکیس یا مثال کدی برای فیلتر دیجیتال بعد از ADC می‌نویسید، روی سخت‌افزار این متن تست نشده فرض کنید و اول روی میز با مولتی‌متر و سیگنال معلوم قفل کنید.
عیب‌یابی سریع
| علامت | علت محتمل | اقدام |
|---|---|---|
| خروجی به VCC یا زمین چسبیده | فیدبک قطع؛ ورودی شناور؛ قطبی تغذیه عوض | مقاومت فیدبک و سیم زمین را چک کنید |
| بهره کمتر از محاسبه | بار سنگین؛ نزدیک‌شدن به سقف خروجی | بار را سبک کنید؛ تغذیه را بالا ببرید |
| نویز زیاد | نداشتن خازن کناره؛ سیم بلند ورودی | ۱۰۰nF نزدیک تراشه؛ شیلد یا مسیر کوتاه |
| مقایسهگر دائم بالا و پایین می‌پرد | نبود هیسترزیس؛ نویز دور آستانه | فیدبک مثبت کوچک اضافه کنید |
| LM339 «کار نمی‌کند» روی برد آپامپ | خروجی کلکتور باز بدون پول‌آپ | مقاومت پول‌آپ به منطق بگذارید |
اندازه‌گیری ولتاژ پایه‌ها را با مولتی‌متر قدم‌به‌قدم انجام دهید: تغذیه تراشه، ولتاژ دو ورودی، بعد خروجی.
چه وقت سراغ قطعهی دیگر بروید؟
- نیاز به خروجی خیلی نزدیک ۰ و VCC → آپامپ ریلتوریل
- آفست زیر صد میکروولت → آپامپ دقیق / چاپر (Chopper)
- صوت با اعوجاج کم → آپامپ صوتی با GBW و نویز بهتر
- فقط مقایسه سریع با خروجی کلکتور باز یا اوپن‌درین → LM339 یا مقایسهگر مدرن
برای خیلی از پروژه‌های حسگر، ربات آموزشی و کنترل آهسته، LM358/LM324 همان‌قدر که لازم است خوب‌اند؛ پیچیده‌تر کردن قطعه همیشه بهتر نیست.
تغذیه تکمنبع و پایه‌ی مرجع مجازی
در کتاب‌های قدیمی آپامپ اغلب با ±۱۵ ولت دیده میشود. روی میز کار خانگی معمولاً یک آداپتور ۱۲ ولت یا USB ۵ ولت دارید. LM358/LM324 برای همین حالت ساخته شده‌اند: زمین مدار همان ریل منفی است و سیگنال‌های مثبت نسبت به زمین پردازش می‌شوند. اگر به سیگنال متناوب حول صفر نیاز دارید (مثلاً صوت)، یا باید تغذیه دو قطبی بسازید یا یک ولتاژ مرجع وسط (VCC/2) با دو مقاومت برابر بسازید و خازن‌های کوپلینگ بگذارید تا سیگنال AC روی آن سوار شود. برای اکثر حسگرهای دما و تقسیم‌کننده‌ی NTC، همان تکمنبع بدون مرجع مجازی کافی است.
هر کانال آپامپ جریان آرامی از تغذیه می‌کشد. چهار کانال LM324 در مجموع بیشتر از دو کانال LM358 مصرف می‌کند؛ در پروژه باتری‌خور کانال‌های بلااستفاده را طبق توصیهی کاربرد دیتاشیت در وضعیتی پایدار بگذارید (مثلاً دنبال‌کننده‌ی ولتاژ روی زمین) و شناور رهایشان نکنید.
چیدمان روی برد و خازن کناره
- مسیر فیدبک را کوتاه نگه دارید؛ حلقه‌ی بزرگ آنتن نویز میشود.
- خازن ۱۰۰ نانوفاراد سرامیکی را بین پایه‌ی VCC و GND همان تراشه بگذارید؛ برای تغذیه طولانی‌تر یک الکترولیتی کوچک روی برد هم کمک می‌کند.
- ورودیهای استفاده نشده را طبق کاربرد به سطح معلوم وصل کنید تا نوسان نکنند.
- زمین آنالوگ حسگر و زمین دیجیتال میکرو را در یک نقطه ستاره به هم برسانید اگر نویز ADC زیاد است.
انتخاب خازن کناره‌ای را با راهنمای خرید خازن هماهنگ کنید. اگر منبع سوئیچینگ نزدیک دارید، فیلتر و فاصله‌ی فیزیکی مهم‌تر از تعویض آپامپ است؛ دیود شاتکی و سلف مبدل را در مسیر قدرت جدا از مسیر سیگنال بکشید.
مقایسه‌ی سریع با قطعات اطراف در سبد خرید
| نیاز | قطعه | نقش |
|---|---|---|
| دو مرحله آنالوگ DIP | LM358 DIP | بافر + تقویت یا بافر + مقایسه |
| چهار مرحله / فیلتر چندتایی | LM324 DIP یا SO-14 | چهار آپامپ مستقل |
| چهار مقایسه با خروجی کلکتور باز | LM339N | مقایسهگر؛ پول‌آپ لازم دارد |
| سیگنال دما آنالوگ | LM35DZ یا NTC | ورودی مدار آپامپ |
| فرمان رله بعد از آستانه | ترانزیستور + دیود | آپامپ فقط منطق/آنالوگ؛ قدرت جدا |
چک‌لیست قبل از روشن کردن
- قطبی تغذیه و شماره‌ی پایه‌ی DIP را دو بار چک کنید.
- خازن کناره را بگذارید.
- مقاومت‌های فیدبک را حساب و لحیم کنید؛ مقدار را با مولتی‌متر قبل از بستن تأیید کنید.
- بدون سیگنال ورودی، ولتاژ خروجی را در بهرهی معلوم بسنجید (اثر آفست).
- با یک ولتاژ DC معلوم از تقسیم‌کننده، بهره را آزمایش کنید.
- بعد به حسگر واقعی وصل شوید و در دو دمای مختلف عدد را با مرجع مقایسه کنید.
سؤالات متداول
LM358 با LM324 چه فرقی دارد؟
هر دو خانوادهی کلاسیک آپامپ تکمنبع TI هستند و ورودی مشترکحالت تا زمین را پوشش میدهند. LM358 دو آپامپ در DIP-8 (یا معادل) دارد و LM324 چهار آپامپ در DIP-14 یا SO-14. طبق اعداد درجشده در صفحهی کالای ایکانو، پهنای باند بهرهی واحد LM358 حدود ۰٫۷ مگاهرتز و نرخ چرخش حدود ۰٫۳ ولت بر میکروثانیه است؛ برای LM324 همان صفحه پهنای باند ۱٫۲ مگاهرتز و نرخ چرخش ۰٫۵ ولت بر میکروثانیه را از دیتاشیت نقل کرده است.
آیا خروجی LM358 ریلتوریل است؟
خیر. این خانواده خروجیاش تا ریل مثبت و منفی کامل نمیرسد. طبق دیتاشیت TI، خروجی دستکم حدود ۱٫۵ ولت زیر ریل مثبت میماند، ولی سمت زمین با بار سبک تا چند ده میلیولت به زمین نزدیک میشود (با جریان بیشتر تا حدود ۱ ولت). برای سیگنال نزدیک ۵ ولت روی تغذیه ۵ ولت، یا ولتاژ تغذیه را بالاتر بگیرید یا آپامپ ریلتوریل جدا انتخاب کنید.
میتوان LM358 را بهعنوان مقایسهگر به کار برد؟
برای سرعت کم و کاربرد آموزشی بله، ولی مقایسهگر اختصاصی مثل LM339 برای آستانهسازی سریعتر و خروجی کلکتور باز طراحی شده است. LM339 آپامپ نیست؛ اگر عنوان بعضی صفحات کالا کلمهی «آپامپ» را کنار LM339 آورده، از روی کارکرد واقعیاش (مقایسهگر چهارتایی) انتخاب کنید، نه از روی نام.
تغذیهی مجاز LM358 و LM324 چند ولت است؟
طبق توصیهی رایج دیتاشیت و اعداد صفحهی کالا برای نسخهی استاندارد، تغذیه تکمنبع حدود ۳ تا ۳۰ ولت است (نسخههای B دیتاشیت TI تا ۳۶ ولت هم میروند). ورودی مشترکحالت شامل زمین است، بنابراین در مدارهای تکمنبع ۵ یا ۱۲ ولت برای حسگر نزدیک صفر ولت مناسباند. خازن کنارهی ۱۰۰ نانوفاراد نزدیک پایههای تغذیه را فراموش نکنید.
آفست ورودی چه معنایی دارد و چقدر است؟
آفست ورودی اختلاف ولتاژ کوچکی است که حتی با ورودیهای اتصالکوتاهشده در خروجی دیده میشود و با بهره چند برابر میشود. طبق اعداد صفحهی کالای ایکانو برای گرید استاندارد در ۲۵ درجه، مقدار معمول حدود ۳ میلیولت و حداکثر ۷ میلیولت است. در تقویتکنندهی بهره ۱۹ (مدار ۲)، همین ۳ میلیولت میتواند حدود ۵۷ میلیولت خطا در خروجی بسازد؛ برای دقت بالا کالیبراسیون یا قطعهی آفستکم لازم است.
جمع‌بندی
LM358 و LM324 آپ‌امپ‌های تک‌منبعی‌اند که ورودی‌شان تا زمین می‌رسد و برای بافر، تقویت کم‌فرکانس و مقایسه‌ی آهسته مناسباند. اعداد GBW و Slew را از همان صفحهی کالایی که می‌خرید بخوانید؛ خروجی‌شان ریلتوریل نیست و آفست چند میلی‌ولتی را در بهره بالا جدی بگیرید. LM339 را بهعنوان مقایسهگر بشناسید، حتی اگر در عنوان کالا کلمهی آپامپ آمده باشد. برای زنجیره‌ی کامل حسگر دما تا فرمان، راهنمای سنسور دما را کنار این مطلب بگذارید.
آی‌سی‌ها، مقاومت‌ها و خازن‌های این مقاله را می‌توانید از ایکانو با ارسال به سراسر کشور بخرید. در اصفهان هم امکان تحویل حضوری دارید.
