Операционные усилители: история, схемы на LM358 и самодельный электрокардиограф

Значимый прорыв формирует отрасль ИИ: FirstJohn 3 минуты назад Операционные усилители: история, схемы на LM358 и самодельный электрокардиограф Простой 16 мин 6 Блог компании FirstVDS Физика Электроника для начинающих DIY или Сделай сам Туториал Операционный усилитель можно найти почти в любой аналоговой аппаратуре — в аудиоустройствах, таких как микрофоны, усилители, микшеры и эквалайзеры, в медицинском оборудовании, в измерительных приборах и космических зондах. Разберёмся, как ОУ устроены и почему они стали универсальным строительным блоком аналоговой техники. Пройдём путь от ламповых конструкций до копеечных микросхем, соберём несколько схем на недорогом LM358 с однополярным питанием — и в финале сделаем своими руками простейший электрокардиограф и снимем настоящую кардиограмму.

Краткая история операционных усилителейИстория создания ОУ насчитывает несколько десятилетий и берёт начало со времён аналоговых вычислительных машин (АВМ), а это далёкие 1930-1940 годы. АВМ выполняли математические операции, такие как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование, с помощью электрических схем. Сначала это были схемы на вакуумных лампах, затем на транзисторах, а позже на интегральных микросхемах.

Технические детали

В АВМ применяли усилители с отрицательной обратной связью. Она улучшает параметры усилителя за счёт намеренного снижения коэффициента усиления. Так как эти устройства выполняли математические операции, их назвали операционными усилителями (ОУ).

Начальной точкой отсчета создания операционного усилителя (ОУ) можно считать разработку инженером Bell Labs Гарольдом Блэком теории отрицательной обратной связи в 1927 году. Радиоинженерам известно, что чем глубже отрицательная обратная связь (ООС), тем меньше внешние характеристики усилителя зависят от параметров самого усилителя. В ОУ они определяются только свойствами цепи обратной связи.

В результате применения ООС операционный усилитель превратился в универсальный блок для построения схем. Характеристики всей схемы определялись несколькими внешними резисторами и конденсаторами. При этом влияние параметров активных элементов, входящих в состав ОУ, было сведено к минимуму.

Отраслевые последствия

Ламповые операционные усилителиВ начале 40-х годов усилители, как обычные, так и операционные, можно было сделать на радиолампах. Самая ранняя конструкция операционного усилителя (ОУ) была представлена ​​в патенте США № 2 401 779, поданном Карлом Д. Шварцелем-младшим в Bell Labs.

В этой схеме использовались три вакуумные радиолампы, работавшие от двухполярного источника напряжении ±350 В. При этом был получен высокий коэффициент усиления в 90 дБ. В отличие от современных ОУ, ламповая конструкция имела только один инвертирующий вход.

Операционный усилитель Шварцеля сыграл важную роль во время Второй мировой войны, в частности, в артиллерийском директоре M9, который в сочетании с радаром SCR-584 значительно повысил точность наведения. 1 представлен модуль лампового ОУ типа K2-W.

Этот прогресс даёт важные сигналы о будущем отрасли, и технологический мир внимательно наблюдает.