LM324 Werking Principes, Pinout en Specificaties

De LM324 blijft een populaire quad operationele versterker omdat hij vier onafhankelijke op-amps in één goedkope behuizing combineert. Deze gids legt de pinfuncties, elektrische waarden, interne werking, schakeling voorbeel, veelvoorkomende beperkingen, toepassingen, alternatieven, behuizingsafmetingen en productie-informatie van de LM324 uit.

Catalogus

LM324 Quad Op-Amp IC

De LM324 is een algemeen doel geïntegreerde schakeling met vier onafhankelijke operationele versterkers in één behuizing. Elke versterker kan het verschil tussen twee ingangs spanningen verhogen en kan afzonderlijk werken terwijl ze dezelfde voedingsaansluitingen delen.

De IC ondersteunt een enkele of dubbele voeding. Afhankelijk van de fabrikant en versie, is het voedingsbereik typisch 3 V tot 30 V, terwijl nieuwere LM324B-versies wellicht tot 36 V ondersteunen. Het gemeenschappelijke ingangsbereik omvat de negatieve voeding of aarde, wat veel schakelingen met enkele voeding vereenvoudigt. De LM324 biedt een laag energieverbruik, interne frequentiecompensatie en een stabiliteit met eenheidsversterking. Het is echter geen rail-to-rail op-amp, zodat de ingangs- en uitgangsspanning normaal gesproken niet het positieve voedingsspanning kan bereiken.

LM324 Pinout & Functies

Pin	Pin Naam	Functie
1	1OUT	Uitgang van operationele versterker 1
2	1IN−	Inverterende ingang van operationele versterker 1
3	1IN+	Non-inverterende ingang van operationele versterker 1
4	VCC+	Positieve voedingsaansluiting
5	2IN+	Non-inverterende ingang van operationele versterker 2
6	2IN−	Inverterende ingang van operationele versterker 2
7	2OUT	Uitgang van operationele versterker 2
8	3OUT	Uitgang van operationele versterker 3
9	3IN−	Inverterende ingang van operationele versterker 3
10	3IN+	Non-inverterende ingang van operationele versterker 3
11	VCC−	Negatieve voeding of aarde in een schakeling met enkele voeding
12	4IN+	Non-inverterende ingang van operationele versterker 4
13	4IN−	Inverterende ingang van operationele versterker 4
14	4OUT	Uitgang van operationele versterker 4

LM324 Specificaties en Elektrische Waarden

Specificatie	Beoordeling
Aantal versterkers	4 onafhankelijke op-amps
Aanbevolen voedingsspanning	3 V tot 30 V of ±1.5 V tot ±15 V
Maximale voedingsspanning	32 V totaal
Maximale differentiële ingangs spanning	32 V
Ingangsspanning limiet	−0.3 V tot 32 V
Ingang gemeenschappelijke-modus bereik	0 V tot VCC − 1.5 V bij 25°C; de bovengrens vermindert tot VCC − 2 V over het volledige temperatuurgebied
Ingangsoffsetspanning	3 mV typisch, 7 mV maximaal bij 25°C
Ingangsbiastroom	20 nA typisch, 250 nA maximaal bij 25°C
Open-loop spanningsversterking	100 V/mV typisch; 25 V/mV minimaal bij 25°C
Versterking-bandbreedte product	1.2 MHz typisch
Slew rate	0.5 V/µs typisch
Gemeenschappelijke-modus onderdrukkingsverhouding	80 dB typisch, 65 dB minimaal
Voedingsstroom	0.7 mA typisch en 1.2 mA maximaal voor alle vier de versterkers bij 5 V zonder belasting
Hoog-niveau uitgangsspanning	Ten minste VCC − 1.5 V bij 25°C met een 2 kΩ belasting
Laag-niveau uitgangsspanning	5 mV typisch, 20 mV maximaal met een belasting verbonden met de grond
Uitgangsbronstroom	30 mA typisch bij een 15 V voeding
Uitgangsinkstroom	20 mA typisch
Kortsluituitgangsstroom	±40 mA typisch
Bedrijfstemperatuur	0°C tot +70°C
Opslagtemperatuur	−65°C tot +150°C

Hoe Werkt de LM324?

Het diagram toont het interne circuit van één LM324 operationele versterker. De andere drie versterkers gebruiken dezelfde basistructuur en delen de VCC- en aardaansluitingen. De stroomregelaars zorgen voor stabiele interne biasstromen, waardoor de versterker consistent werkt wanneer de voedingsspanning verandert.

De IN+ en IN− pinnen zijn verbonden met de differentiële ingangsgedeelte. Deze fase vergelijkt de twee ingangsspanningen. Wanneer IN+ hoger is dan IN−, stuurt de schakeling de uitgang omhoog. Wanneer IN− hoger is, stuurt het de uitgang omlaag.

De middelste transistorfase levert het grootste deel van de spanningsversterking. De interne condensator regelt de frequentierespons en helpt oscillatie te voorkomen, waardoor een stabiele eenheid-versterking werking mogelijk is.

De uitgangsfase levert het versterkte signaal via de OUT-pin. Het kan dicht bij de grond werken, maar kan normaal gesproken de positieve voedingsrail niet bereiken. In een praktische schakeling regelt externe negatieve feedback de uiteindelijke spanningsversterking en houdt de LM324 in zijn lineaire gebied.

LM324 Ingangs- en Uitgangsbeperkingen

De LM324 kan ingangsspanningen voelen op of nabij de negatieve voedingsrail. In een enkelvoedingscircuit betekent dit dat het gemeenschappelijke modusbereik van de ingang de grond omvat. De ingangsspanning mag echter niet te dicht bij de positieve voedingsrail komen. Bij 25°C strekt het normale ingangsbereik zich uit van de grond tot ongeveer 1.5 V onder de positieve voeding. Voor betrouwbare werking over het volledige temperatuurgebied, laat ongeveer 2 V headroom.

De LM324-uitgang is ook niet rail-tot-rail. Het kan dicht bij de grond bewegen wanneer het alleen een kleine stroom sinkt, maar het kan de positieve voedingsspanning niet bereiken. Het hoogste uitgangsniveau is afhankelijk van de belasting en is meestal ongeveer 1.5 V onder de positieve rail. Zwaardere belastingen verminderen het beschikbare uitgangsbereik verder.

De beperkte 1.2 MHz versterking-bandbreedteproduct en typische 0.5 V/µs slew rate maken het ongeschikt voor snelle of hoge frequentiesignalen. De LM324 levert en sinkt ook alleen bescheiden uitgangsstroom, dus het moet geen motoren, relais, luidsprekers of andere hoge-stroombelastingen direct aansteken. Het overschrijden van deze limieten kan leiden tot clipping, vervorming, onnauwkeurige uitgang, oververhitting of onstabiele schakeling.

LM324 Typische Circuitsconfiguraties

LM324 Dual-Oscillator Buzzer Circuit

Deze schakeling gebruikt twee versterkers in de LM324 om een veranderend toonsignaal te produceren vanuit een 12 V voeding. U1:A fungeert als een laagfrequentie oscillator. R1–R4 en condensator C1 regelen de oplaad- en ontlaadcyclus, waardoor een langzaam veranderend uitgangssignaal ontstaat.

U1:B vormt een andere oscillator met gebruik van R5–R8 en condensator C2. Het signaal van U1:A beïnvloedt de werking van U1:B, waardoor de uitgangsfrequentie of schakelpatroon verandert. De resulterende golfvorm drijft de zoemer aan en produceert een pulserend of wisselend alarmsignaal. Het exacte geluid hangt af van de weerstandwaarden, de toleranties van de condensatoren en het type zoemer. Hoewel het diagram een 3–24 V zoemer labelt, wordt de aangelegde spanning beperkt door de 12 V voeding van de schakeling.

LM324 Uitgangsstroom Booster Circuit

In deze schakeling ontvangt de eerste versterker, IC1a, het ingangssignaal en regelt drie extra LM324-versterkers. IC1b, IC1c en IC1d zijn verbonden als spanningsvolgers, zodat hun uitgangen dezelfde spanning reproduceren terwijl ze de laadstroom delen.

R2, R3 en R4 zijn 10 Ω uitgang-balanceringsweerstanden. Ze verminderen stroomverschillen tussen de drie versterkers en voorkomen dat hun uitgangen direct met elkaar concurreren. R1 keert het gecombineerde uitgangsignaal terug naar de inverterende ingang van IC1a, wat een algemene negatieve feedback creëert. C1 biedt frequentiecompensatie om de stabiliteit te verbeteren. Deze opstelling verhoogt de beschikbare uitgangsstroom, maar is nog steeds ongeschikt voor hoogvermogenlasten omdat de LM324 een beperkte stroomcapaciteit heeft en kan oververhitten.

LM324 RF Signaal Detektor en Alarm Circuit

Dit circuit is ontworpen om een radiofrequentiesignaal op te vangen dat door de antenne wordt ontvangen. De 1 nF condensator koppelt het hoge-frequentiesignaal in de detector terwijl het gelijkstroom blokkeert. De 1N34 germaniumdiodes rectificeren het ontvangen signaal en produceren een kleine spanning op de non-inverterende ingang van de LM324.

De LM324 vergelijkt deze gedetecteerde spanning met het niveau op zijn inverterende ingang. Wanneer het gedetecteerde signaal hoog genoeg is, activeert de LM324-uitgang de 2N4401-transistor via de 1 kΩ weerstand. De transistor levert vervolgens stroom aan de LED en piezo-buzzer, wat een visueel en hoorbaar alarm produceert.

Dit is een eenvoudige experimentele detector in plaats van een nauwkeurige RF meetcircuit. De gevoeligheid hangt sterk af van de antenne, signaalsterkte, diodekenmerken, bedrading en nabijgelegen elektrische ruis. Een gedefinieerde referentiespanning, filtering en hysterese zouden nodig zijn voor betrouwbaardere schakeling.

LM324 Brede Toepassingen

• Sensor signaalverwerking

• Licht- en geluidsdetectoren

• Batterijspanning monitoren

• Acculaders

• Spanning- en stroommeting

• Actieve filters

• Oscillatoren en golfvormgeneratoren

• LED-niveauraanduiders

• Laagfrequente functiegeneratoren

• Spanningvolgers en buffers, enz.

LM324 vs. Andere Op-Amps

Kenmerk	LM324	LM358	LM741	TL074	MCP6004
Aantal versterkers	4	2	1	4	4
Typische voedings bereik	3–30 V	3–30 V	Gewoonlijk ±10 tot ±15 V	7–36 V	1.8–6 V
Versterking-breedte product	1.2 MHz	1.2 MHz	1 MHz	3 MHz	1 MHz
Slew rate	0.5 V/µs	0.5 V/µs	0.5 V/µs	13 V/µs	0.6 V/µs
Ingang omvat negatieve rail	Ja	Ja	Nee	Nee	Ja
Rail-tot-rail input	Nee	Nee	Nee	Nee	Ja
Rail-tot-rail output	Nee	Nee	Nee	Nee	Ja
Ingangstechnologie	Bipolair	Bipolair	Bipolair	JFET	CMOS
Hoofdzakelijke voordeel	Vier goedkope op-amps in één verpakking	Compacte duale versie van LM324	Eenvoudige traditionele op-amp	Snellere respons en hoge ingangsimpedantie	Lage-spanning rail-tot-rail werking
Hoofdzakelijk beperking	Lage snelheid en beperkte positieve uitgangsbeweging	Slechts twee versterkers	Slechte lage-spanning en enkelvoeding prestaties	Niet geschikt voor zeer lage voedingsspanningen	Maximale voeding beperkt tot 6 V
Het beste geschikt voor	Algemeen laagfrequente circuite	Ontwerpen die één of twee kanalen vereisen	Oudere duale voeding circuite	Snellere signaal en audiocircuits	Lage-spanning batterij- en microcontroller circuite

LM324 Alternatieven en Vervangingen

• LM324A

• LM324B

• LM324BA

• LM324LV

• LM224

• LM124

• LM2902

• LM2902B

Mechanische Afmetingen

Fabrikant

Texas Instruments ontwerpt, produceert, verpakt en test analoge IC's zoals de LM324 via zijn wereldwijde halfgeleideractiviteiten. Het productie-netwerk omvat waferfabricagefabrieken, assemblage- en testfabrieken, wafer-bumping en probefaciliteiten, en distributiecentra. Tijdens de productie worden individuele chips elektrisch getest op wafer-niveau, verpakt en opnieuw getest om te bevestigen dat ze voldoen aan de gespecificeerde elektrische, kwaliteits- en betrouwbaarheidseisen.

Veelgestelde Vragen [FAQ]

1. Kan de LM324 correct functioneren op een 3.3 V of 5 V voeding?

Ja, maar de beperkte positieve ingangs- en uitgangsbereiken moeten in overweging worden genomen. Bij lage voedingsspanningen kan de LM324 geen signalen dicht bij de positieve rail verwerken of produceren. Een rail-to-rail op-amp biedt mogelijk een beter signaalbereik.

2. Wat moet er gebeuren met ongebruikte LM324-versterkerkanalen?

Laat ongebruikte ingangen niet zweven. Configureer elke ongebruikte versterker als een spanningsvolger door de uitgang ervan aan de inverterende ingang te verbinden en de niet-inverterende ingang aan de aarde of een andere geldige referentiespanning te verbinden.

3. Waarom werkt een LM324-circuit in simulatie maar faalt het op een breadboard?

Simulaties kunnen voedingsruis, componenttoleranties, bedradingweerstand, parasitaire capaciteit en verkeerde aarding uitsluiten. Ontbrekende voedingsdecoupling, zwevende ingangen en overschrijding van het gemeenschappelijke ingangsbereik zijn ook veelvoorkomende oorzaken.

4. Welke decoupling-condensator moet worden gebruikt met de LM324?

Een 100 nF keramische condensator moet normaal gesproken dicht bij de voedingspinnen van de LM324 worden geplaatst. Een grotere condensator, zoals 1-10 µF, kan ook nabij de IC worden toegevoegd wanneer de voeding lawaaierig is of de belasting snel verandert.

5. Is de LM324 geschikt voor hoogwaardige audiocircuits?

Het kan basis lage-frequentie audiosignalen verwerken, maar zijn lage slewsnelheid, gematigde ruis en crossoververvorming beperken de geluidskwaliteit. Een low-noise audio op-amp is doorgaans beter voor high-fidelity apparatuur.

6. Waarom oscilleert de uitgang van de LM324 bij het aansturen van een lange kabel of condensator?

Capacitive belastingen verminderen de fasemarge van de versterker en kunnen de feedbacklus onstabiel maken. Een kleine weerstand in serie met de uitgang kan de capaciteit isoleren en de stabiliteit verbeteren.