Veamos el circuito amplificador de uno de los populares Circuito Integrado LM324, su Diagrama de pines y los equivalentes adecuados para su sustitución en caso de avería. Se compone de cuatro amplificadores operacionales (Op-Amps) idénticos, ensamblados en una sola caja, que funcionan con una sola fuente de alimentación en un amplio rango de tensión. Cada op-amp tiene una etapa diferencial de entrada, protección contra cortocircuitos y una corrección de frecuencia interna para ganancia única.
Las características y el bajo coste de este dispositivo hacen que se utilice ampliamente en circuitos de radioaficionados y en electrónica industrial. Es excelente para su uso en dispositivos electrónicos portátiles compactos.
Diagrama de pines
El Circuito Integrado se fabrica en encapsulados tipo DIP: CDIP de plástico, PDIP de cerámica o tipo SO para montaje en superficie:
- SOIC;
- TSSOP.
Estructuralmente, el dispositivo tiene 14 patillas. Por lo tanto, en algunas descripciones técnicas aparece la designación DIP-14 o SO-14.
The LM324 pinout for the different packages is identical:
- 2,3,5,6,9,10,13,12 – inputs;
- inputs, 1,7,8,14 – output;
- 4 – positive supply (Vcc);
In the picture above you can look at the pin configuration lm324n.
Características técnicas lm324
- Rango de tensión de alimentación Up. (Vcc): fuente unipolar: +3…30 V, fuente bipolar: ±1,5…±15 V (V);
- Tensión de entrada diferencial Udif.(VIDR): 32 V (V);
- Tensión de entrada. Uin (VICR): -0,3…32 V (V); Corriente de entrada IICR;
- Corriente de entrada IICR (con VICR negativo) 5 mA (mA);
- Corriente de entrada IICR (con VICR positivo) 0,4 mA (mA).
Parámetros eléctricos (a Up +5 V y TA +25 °C):
- Tensión de polarización de entrada Ucm (VIO) de 2…7 mV (mV);
- Corriente de polarización de entrada Iin(IIB) de 45…100 nA;
- Tensión de salida. Salida U(Vout): 0…Hasta – 1,5 V (V);
- Ganancia (K): 100 dB (dB);
- Ancho de banda (f): 1 MHz;
- Consumo de corriente en vacío Ip. (ICC): no más de 700 μA (µA); chachip
- Diferencia de corriente de entrada (corriente de polarización) Icdc (IIO): 5…30 nA (nA);
- Potencia disipada RR max (P tod) depende del tipo de carcasa: PDIP 1130 mV(mW); CDIP 1260 mV(mW); SOIC 800 mV(mW).
- Temperatura ambiente de funcionamiento TA: 0…+70°C;
- Temperatura de almacenamiento Tst. (Tstr):-65…+150 °C.
Las características lm324 de las distintas empresas difieren ligeramente entre sí, por lo que, a la hora de desarrollar su circuito, se recomienda leer la documentación técnica oficial del dispositivo utilizado de un determinado fabricante.
Funciones
El rango diferencial de la tensión de entrada alcanza la tensión de alimentación. Para el lm324, el límite inferior del rango en fase de entrada es 0,3 V inferior a V-, y el swing de tensión de salida está limitado por debajo del valor V-. Tanto las entradas como las salidas están limitadas a 1,5 V menos que V+.
La frecuencia de amplificación unitaria fi (100 kHz a 30 MHz) es la frecuencia a la que la ganancia del chip se convierte en unidad (0dB).
Dispone de una corrección de frecuencia interna para la ganancia unitaria.
El rango de tensión en modo común de entrada incluye tierra.
La duración del cortocircuito Tkz (Tsc) en la salida es ilimitada.
Descripción del funcionamiento
El funcionamiento del Circuito Integrado lm324n se basa en la operación simultánea de cuatro Op-Amps en su interior. Todos los amplificadores se alimentan de una única fuente de alimentación, tienen entradas inversoras, no inversoras y una única salida. La fuente de alimentación puede ser unipolar o bipolar.
Veamos el circuito interno de uno de los amplificadores operacionales con alimentación unipolar. Lo tomaremos directamente de la datasheet del LM324.
Funcionalmente, cada amplificador operacional consta de una etapa diferencial, así como de etapas de amplificación intermedia y de salida.
La etapa diferencial realiza las funciones de amplificar la diferencia de tensiones de entrada (V+ y V-) y neutralizar las señales en fase. Proporciona una alta impedancia de entrada.
La etapa intermedia se encarga del equilibrado del operador (puesta a cero de la tensión en la salida cuando las entradas están cerradas), de la coordinación de las resistencias de las etapas diferencial y de salida, así como de la corrección de frecuencia (protección contra la autoexcitación).
La etapa de salida proporciona baja resistencia de salida, potencia requerida en la carga, limitación de corriente y protección contra cortocircuitos.
Marcado
La serie LM se basa en circuitos integrados fabricados por National Semiconductor. El prefijo LM significaba originalmente monolítico lineal y se utilizaba para designar amplificadores de uso general para los que no se imponían requisitos estrictos. Los dígitos «324» indican el número de serie del chip. La «-N» al final del número de serie se refiere a los dispositivos adquiridos por Texas Instruments a National Semiconductor. En septiembre de 2011, National Semiconductor fue transferida a Texas Instruments, que no cambió el prefijo LM en sus productos. Por lo tanto, actualmente el marcado LM es el código del fabricante Texas Instruments, pero es ampliamente utilizado por otros fabricantes cuando producen sus equivalentes de este Circuito Integrado.
Los Circuitos Integrados LM324 y el mismo con la letra N tienen las mismas características físicas y eléctricas. En muchos fabricantes el símbolo «-N» al final del marcado indica el tipo de carcasa de plástico del chip – DIP14.
También hay que señalar que los fabricantes mejoran constantemente sus productos. Actualmente, existen algunas modificaciones superiores con diversas funciones, como: LM324K, LM324KA con protección interna contra descargas eléctricas (HBM ESD); micropower LP324 con consumo de corriente de 21 micras; LMV324 de baja tensión, con una tensión de alimentación de 2,7 V a 5,5 V; LPV324, fabricado con tecnología BiCMOS y consumo de corriente de 9 micras, etc. Los amplificadores con una «A» en el marcado, como el » LM324A-N «, tendrán mejores características VIO que otros (sin la «A»).
Equivalentes
Lista de equivalentes LM324:
- ULN4336N;
- GL324;
- LA6324;
- IR3702;
- HA17324;
- MB3614;
- NJM2902D;
- SG324N;
- TDB0124;
- UA324;
- TA75902P.
También hay equivalentes rusos:
- 1401UD2;
- 435UD2.
Ámbito de aplicación
El LM324 ha encontrado su mayor popularidad en los circuitos típicos de realimentación negativa. Se utiliza para crear diferentes dispositivos multifuncionales: integradores, diferenciadores, demoduladores, amplificadores logarítmicos, sumadores, sumadores-resumidores, controladores de amplitud, osciladores, etc. Debido a la mejora constante del dispositivo en cuestión, existen muchos dispositivos diferentes que utilizan lm324, por ejemplo
UPS:
- diagrama de circuito de sensor de movimiento para iluminación;
- Circuito termorregulador de incubadora Neptune, etc.
Un sencillo circuito amplificador LM324
Echemos un vistazo a uno de los circuitos LM324 de realimentación negativa más sencillos, el repetidor de tensión. Por lo general, usted comienza sus experimentos con amplificadores operacionales con un repetidor de voltaje. A este circuito también se le llama amplificador que tiene una ganancia de voltaje unitaria. Idealmente, esto significa que el op-amp no proporciona ninguna ganancia de señal y el voltaje de salida es el mismo que el voltaje de entrada. Es decir, si se aplican 5V a la entrada del amplificador operacional, entonces habrá 5V en su salida.
Pero esta afirmación es cierta para un amplificador operacional perfecto, no para el LM324 analizado en el artículo. Como no es un circuito virtual, sino real, sus características difieren de las ideales. Veamos el gráfico de la tensión de salida frente a la tensión de entrada para el LM324.
En el gráfico, el área «A» muestra el cambio de fase en la salida. Esto puede ocurrir cuando hay una tensión negativa en la entrada del Circuito Integrado y puede tener consecuencias indeseables: su fallo.
Además, el gráfico muestra que la tensión en la salida del amplificador aumenta a medida que aumenta la tensión de entrada. Pero no puede crecer indefinidamente, y está limitado por la tensión de alimentación del Circuito Integrado y las peculiaridades de su trabajo. Por lo tanto, las tensiones en las entradas son ligeramente diferentes, una pequeña corriente fluye a través de ellos, por lo que la tensión de salida será ligeramente diferente de la tensión suministrada. En el gráfico, en el área «C», se puede ver el límite de tensión de salida de 3,8 V para el circuito amplificador en cuestión, alimentado a partir de 5 V.
En la práctica, es habitual trabajar con componentes electrónicos activos, que tienen una corriente de salida bastante débil. Por ejemplo, un micrófono. Si se le conecta un elemento de baja impedancia, se reducirá la tensión de la señal de salida que produce. En estos casos, puede utilizar un repetidor de tensión, que tiene una gran impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, respectivamente, no reducirá ni distorsionará la señal aplicada a la entrada.
Un repetidor de tensión no es la aplicación típica más común para este Circuito Integrado. Se han creado y se siguen mejorando otras soluciones típicas basadas en este Op-Amp, que son la base de los dispositivos electrónicos modernos.
Circuito de luz intermitente LED en lm324
Este circuito es muy sencillo y permite controlar el encendido y apagado de los diodos emisores de luz sin problemas. El intermitente utiliza además dos transistores. La capacidad del condensador C1 y la resistencia base R3 determinarán la velocidad de conmutación.
Seguridad en el funcionamiento
A veces, no todos los canales lm324 se utilizan en un proyecto. Si éste es el caso, los que no se utilicen deben conectarse de forma que no afecten a los demás. Consulte la datasheet del fabricante para conocer las opciones de conexión de los canales no utilizados.
En determinadas condiciones, la polaridad de la tensión de salida puede invertirse, lo que puede dañar el chip. Esto es típico en circuitos comparadores y repetidores de tensión. Para evitar una tensión negativa (inversión de fase) en la entrada, los fabricantes recomiendan añadir una resistencia en serie a la entrada no inversora del circuito para limitar la corriente de entrada a 1 mA o menos. Esta cantidad de corriente de entrada reducirá el riesgo de daños en el dispositivo.
Todas las entradas del amplificador operacional no deben conectarse directamente a tierra. Siempre debe añadirse algo de resistencia para limitar la corriente a 10 mA o menos. Todos los pines de entrada deben incluir un diodo desde la entrada a masa. En circuitos con dos fuentes de alimentación, la patilla Gnd será negativa. Sin embargo, durante el encendido, apagado o fallos repentinos de tensión, el pin Gnd puede volverse positivo. Si esto ocurre, fluirá una gran corriente a través del pin de entrada conectado a tierra que puede dañar el chip.
Añadir una resistencia en serie de 1K ohm a 10K ohm en la entrada puede salvarlo de la rotura.No lo conecte a una fuente de alimentación con polaridad inversa, ya que el lm324n puede sobrecalentarse y fallar.
Fabricantes
Este chip es producido por muchas empresas diferentes hasta el día de hoy. En esta sección puede descargar las datasheet de cada fabricante en formato PDF.
