Цоколевка операционного усилителя TL072, схема, эквивалент и корпус

Тест выходного напряжения операционного усилителя – NE5532, TL072, LM4562 и другие

В мире аналоговой электроники операционные усилители (ОУ) являются важнейшими строительными блоками. Среди них выделяется ОУ TL072 как двухшумящий операционный усилитель с JFET-входом, предназначенный для высокопроизводительных задач обработки звука и сигналов. Благодаря низкому входному току смещения, высокой скорости нарастания и широкой полосе пропускания TL072 отлично подходит для приложений, где точность, скорость и четкость сигнала имеют решающее значение.

В этом подробном руководстве содержится вся необходимая информация об операционном усилителе TL072, включая его внутреннюю работу, конфигурацию выводов, популярные примеры схем, практическое применение и совместимые альтернативы.

Что такое операционный усилитель TL072?

TL072 — это двухканальный операционный усилитель, входящий в популярную серию TL07x, которая также включает в себя:

TL071 – одиночный операционный усилитель

TL072 – двойной операционный усилитель

TL074 – счетверенный операционный усилитель

Все члены семейства TL07x оснащены входными каскадами JFET, обеспечивающими высокое входное сопротивление и низкий входной ток смещения. Эти характеристики делают TL072 особенно подходящим для сопряжения с источниками с высоким импедансом, такими как гитарные звукосниматели, аудиодатчики и измерительные системы.

Основной технический обзор:

Прежде чем углубляться в схему, важно понять технические характеристики TL072:

Архитектура: Двойной операционный усилитель с входами JFET

Диапазон напряжения питания: от ±3 В до ±18 В

Скорость нарастания: 13 В/мкс (типичное)

Пропускная способность Unity-Gain: 3 МГц

Входное напряжение смещения: ~3 мВ

Коэффициент гармонических искажений (THD): 0,003% типично

Низкое энергопотребление: Внутренняя компенсация для стабильности

Варианты пакетов: DIP, SOIC, TSSOP

Основные характеристики TL072:

TL072 предлагает сочетание функций, которые делают его идеальным выбором как для аудио, так и для аналоговых схем общего назначения:

Низкий уровень шума: Идеально подходит для аудио и точной обработки сигналов

Высокая скорость нарастания напряжения: Обеспечивает быстрый и точный отклик сигнала

Широкая полоса пропускания: Отлично подходит для высокочастотных приложений

Входы JFET: Высокий импеданс, минимальная нагрузка сигнала

Низкий входной ток смещения: ~65 пА типично

Широкий диапазон напряжений: Универсальный для систем с двойным и одинарным питанием

Внутренне компенсационный: Нет необходимости во внешней компенсации

Совместимость с Drop-in: Широко используется как в традиционных, так и в современных проектах.

Принцип работы TL072

По своей сути TL072 функционирует как двойной усилитель напряжения, усиливая разницу напряжений между входными клеммами. Он состоит из:

1. Дифференциальный каскад на JFET-входе, обеспечивающий высокое входное сопротивление
2. Высокочастотный усилительный каскад для усиления сигнала
3. Выходной драйвер класса AB с двухтактным выходом для работы с низким импедансом

Такая внутренняя структура обеспечивает низкий уровень шума, быстрый отклик и превосходную линейность, что имеет решающее значение в прецизионных аналоговых схемах.

Как работает TL072?

TL072 — это двойной операционный усилитель (ОУ), разработанный с JFET-входными каскадами. Эта структура обеспечивает высокое входное сопротивление, низкий входной ток смещения и превосходную частотную характеристику, что делает ее идеальной для обработки аналоговых сигналов.

Внутри каждый усилитель TL072 состоит из трех основных каскадов:

Входной каскад (дифференциальный усилитель)

Этот каскад использует полевые транзисторы с переходом (JFET) в качестве входных устройств. Он определяет разницу напряжений между инвертирующим (−) и неинвертирующим (+) входами. Благодаря JFET вход потребляет очень мало тока, что приводит к высокому входному сопротивлению и минимальной нагрузке на источник сигнала.

Усилительный каскад (усиление напряжения)

Разница, обнаруженная на входе, усиливается усилителем напряжения с высоким коэффициентом усиления. Этот средний этап гарантирует, что даже небольшие входные сигналы могут привести к значительному размаху выходного сигнала. Здесь используется схема компенсации для управления стабильностью частоты.

Выходной каскад (выходной драйвер класса AB)

Выходной каскад обычно имеет двухтактную конфигурацию, что позволяет TL072 эффективно управлять низкоомными нагрузками. Он обеспечивает низкое выходное сопротивление и обеспечивает необходимый ток для выходной нагрузки, сохраняя при этом линейность.

В процессе работы TL072 усиливает разницу между двумя входами, отклоняя любое напряжение, общее для обоих (синфазное). Это делает его хорошо подходящим для задач фильтрации, буферизации и усиления, где целостность сигнала имеет решающее значение.

Благодаря низкому уровню шума, высокой скорости нарастания выходного напряжения и низкому коэффициенту гармонических искажений (THD) TL072 широко используется в аудиопредусилителях, активных фильтрах и инструментальных схемах.

Распиновка и внутренняя схема TL072

TL072 упакован в стандартную 8-контактную конфигурацию. Вот распиновка:

Номер контакта	Функция	Описание
1	Выход А	Выход операционного усилителя A
2	Инвертирующий вход A (-)	Инвертирующий вход операционного усилителя А
3	Неинвертирующий вход A (+)	Неинвертирующий вход операционного усилителя А
4	V- (ЗЕМЛЯ)	Отрицательный источник питания (земля)
5	Неинвертирующий вход B (+)	Неинвертирующий вход операционного усилителя B
6	Инвертирующий вход B (-)	Инвертирующий вход операционного усилителя B
7	Выход Б	Выход операционного усилителя B
8	В+	Положительный источник питания

Внутри TL072 используются согласованные пары JFET и схемы активной нагрузки для обеспечения сбалансированной производительности по обоим каналам.

Пример проектирования схемы TL072

TL072 отлично подходит для различных классических конфигураций операционных усилителей. Вот четыре из наиболее часто используемых:

1. Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход (+) TL072. Инвертирующий вход (−) подключен к делителю напряжения, состоящему из резистора обратной связи R_ф и заземляющий резистор R_г​. Выходной сигнал возвращается на делитель.

Принцип работы:

1. Операционный усилитель поддерживает одинаковое напряжение на обоих входах.

2. Поскольку инвертирующий вход подключен к разделенной версии выхода, операционный усилитель регулирует V_вне так что:

В_в=В_–= Р_г /（Р_ф+Р_г）·В_вне

3. Решение этого уравнения дает коэффициент усиления по напряжению в замкнутом контуре:

А_ты= В_в/В_вне=1+Р_ф/Р_г

Заметки по проектированию:

1. Типичные резисторы:

Р_ф=47кОм,R_г=4,7 кОмR → Коэффициент усиления ≈ 11.

2. Входное сопротивление: Очень высокое (>1 МОм), идеально подходит для источников сигнала, которые не могут обеспечить большой ток.

3. Учет пропускной способности: Более высокий коэффициент усиления уменьшает полосу пропускания из-за произведения коэффициента усиления на полосу пропускания (GBWP ≈ 3 МГц для TL072).

4. Совет по устойчивости: Для коэффициентов усиления выше 10 рассмотрите возможность установки компенсационного конденсатора (~10 пФ) через резистор R_ф

2. Инвертирующий усилитель

Сигнал подается через резистор R_в к инвертирующему входу (−). Неинвертирующий вход (+) заземлен. Резистор обратной связи R_фподключает выход обратно к инвертирующему входу.

Принцип работы:

1. Операционный усилитель поддерживает «виртуальную землю» на инвертирующем входе. Напряжение на (−) составляет около 0 В.

2. Ток через R_в​это:

я_в=В_в/Р_в

3. Этот ток протекает через R_ф​​, производя:

В_вне=−Я_в·Р_ф=−Р_ф/Р_в·В_в

4. Таким образом, выигрыш составляет:

А_ты=−Р_ф/Р_в

Заметки по проектированию:

1. Типичные резисторы:

Р_в=10кОм,R_ф=100кОм → Коэффициент усиления = −10.

2. Фазовое поведение: Сигнал сдвинут по фазе на 180° относительно входного сигнала.

3. Входное сопротивление: Равно R_в​. Тщательно выбирайте, если используете источник с высоким импедансом.

4. Совет по шуму: Для снижения теплового шума поддерживайте значения резисторов ниже 100 кОм.

3. Повторитель напряжения

Вход напрямую подключен к неинвертирующему входу (+). Выход подключен обратно к инвертирующему входу (−). Резисторы не требуются.

Принцип работы:

1. Операционный усилитель заставляет выходное напряжение точно соответствовать входному напряжению.

2. Поскольку оба входа фактически равны, разность напряжений равна нулю, а выход равен входу:

В_вне= В_в

3. Эта конфигурация имеет единичное усиление и не имеет инверсии фазы.

Заметки по проектированию:

1. Входное сопротивление: Чрезвычайно высокая (>10⁹ Ом), минимальная нагрузка на источники сигнала.

2. Выходное сопротивление: Очень низкое (~100 Ом или меньше), может напрямую управлять умеренными нагрузками.

3. Пропускная способность: Очень широкий, поскольку коэффициент усиления равен 1; полная полоса пропускания TL072 без обратной связи практически сохраняется.

4. Скорость нарастания напряжения: TL072 обеспечивает типичную скорость нарастания 13 В/мкс, что делает его пригодным для быстрых переходов сигнала.

4. Суммирующий усилитель

Несколько входных напряжений (В₁，В₂，…) подключены через резисторы R₁，Р₂，… к инвертирующему входу (−). Неинвертирующий вход (+) заземлен. Один резистор обратной связи R_ф подключает выход к инвертирующему входу.

Принцип работы:

1. Каждый вход производит ток I_н=В_н/Р_н, все из которых суммируются в инвертирующем узле.

2. Поскольку инвертирующий вход представляет собой виртуальную землю, эти токи объединяются и протекают через R_ф​, в результате чего:

В_вне=-Р_ф(В₁/Р₁+В₂/Р₂+⋯)

3. Если все R_н равны, результатом является масштабированная обратная сумма.

Заметки по проектированию:

1. Типичные резисторы:

Р₁=Р₂=Р₃=10кОм,R_ф=10кОм

2. Регулировка усиления: Отрегулируйте отдельные входные резисторы для управления весом каждого входа.

3. Развязка источника питания: Для обеспечения устойчивости установите конденсаторы емкостью 100 нФ рядом с контактами Vcc и Vee.

4. Совет от паразитов: Следите за тем, чтобы трассы суммирующих узлов были короткими, чтобы избежать появления шумов или колебаний.

Требования к напряжению TL072

TL072 работает с:

1. Двойное питание: Обычно ±15 В (диапазон: от ±3 В до ±18 В)

2. Одноразовая поставка: от 5 В до 36 В (с уменьшенным размахом вблизи GND)

Всегда добавляйте конденсаторы емкостью 0,1 мкФ и 10 мкФ рядом с контактами питания, чтобы обеспечить стабильность питания.

Применение TL072

Давайте рассмотрим, в чем операционный усилитель TL072 превосходит другие в реальных схемах:

Аудио предусилители

TL072 — лучший выбор для схем предусилителей звука, микшеров и усилителей для наушников. Его низкий уровень искажений и широкая полоса пропускания обеспечивают чистые аудиосигналы как в профессиональных, так и в DIY-аудиопроектах.

Активные фильтры

Идеально подходящий для проектирования активных фильтров (низкочастотных, высокочастотных, полосовых), TL072 обеспечивает стабильную работу в аудиоэквалайзерах, схемах регулировки тембра и системах преобразования сигнала.

Схемы генераторов

Применяемый в генераторах для генерации сигналов, TL072 может создавать чистые синусоидальные, треугольные и прямоугольные сигналы в генераторах функций и испытательном оборудовании.

Буферные усилители

Благодаря высокому входному импедансу и стабильности единичного усиления TL072 отлично подходит в качестве повторителя напряжения или буферного усилителя в интерфейсах АЦП, выходах датчиков и аналоговых цепях изоляции.

Аналоговая обработка сигнала

TL072 обычно используется в устройствах аналоговой обработки сигналов, включая интеграторы, усилители для систем сбора данных и схемы прецизионных измерительных приборов.

Эквивалент и заменители TL072

При выборе альтернатив TL072 учитывайте совместимость выводов, шумовые характеристики, скорость нарастания выходного напряжения и диапазон напряжения питания.

Эквиваленты функционально схожи и совместимы по выводам, подходят для прямой замены. Замены могут отличаться по спецификациям, но могут использоваться в определенных приложениях в зависимости от потребностей в производительности или доступности.

Эквивалент TL072

Эти модели совместимы по выводам и очень близки по производительности к TL072. Большинство из них можно использовать напрямую, не изменяя разводку печатной платы.

Картина	Модель	Тип ввода	Скорость нарастания (В/мкс)	ГБВт (МГц)	Шум (нВ/√Гц)	Ключевые заметки	Тип(ы) упаковки
	TL072	JFET	13	3	18	Стандартный двойной операционный усилитель с низким уровнем шума и высоким входным сопротивлением	ДИП-8, СОИК-8, ТССОП-8
	TL082	JFET	13	3	18	Почти идентичен TL072; используется взаимозаменяемо	ДИП-8, СОИК-8, ТССОП-8
	ЛФ353	JFET	13	4	18	Немного лучшая пропускная способность, те же входные характеристики	ДИП-8, СОИК-8
	ОПА2134	JFET	20	8	8	Высокопроизводительный аудио операционный усилитель с чрезвычайно низким коэффициентом нелинейных искажений	ДИП-8, СОИК-8
	NE5532	Биполярный	9	10	5	Лучший уровень шума и усиления, но потребляет больше энергии	ДИП-8, СОИК-8
	JRC4558D	Биполярный	1.7	3	8	Часто используется в регулировке тембра/аудиоэквалайзере; медленнее, чем TL072	ДИП-8, СОИК-8

Кончик:

Если ваш проект связан со звуком, OPA2134 настоятельно рекомендуется за его превосходную точность. Для усиления сигнала общего назначения TL082 и LF353 предлагают надежную и экономичную производительность.

Замена TL072

Эти модели различаются по архитектуре или параметрам, но могут использоваться в схожих ролях в зависимости от потребностей схемы (например, работа при низком напряжении, энергоэффективность, точность).

Картина	Модель	Тип ввода	Скорость нарастания (В/мкс)	ГБВт (МГц)	Рабочее напряжение	Основные отличия от TL072	Тип(ы) упаковки
	ЛМ358	Биполярный	0.3	1	3В–32В	Гораздо медленнее, меньшее входное сопротивление; для базового использования операционного усилителя	ДИП-8, СОИК-8, СОТ-23-8
	МСР602	КМОП-матрица	7	10	2,5В–5,5В	Вход КМОП, малое энергопотребление, идеально подходит для схем с батарейным питанием	ДИП-8, СОИК-8, МСОП-8
	ЛМ324	Биполярный	0.5	1	3В–32В	Счетверенный операционный усилитель, ограниченная полоса пропускания, низкая скорость нарастания выходного напряжения	ДИП-14, СОИК-14
	АД712	Биполярный	0.3	1	от ±3 В до ±18 В	Высокоточный усилитель; медленнее, но сверхстабильнее	ДИП-8, СОИК-8
	NJM2068	Биполярный	6.5	6	от ±3 В до ±18 В	Операционный усилитель звука с низким уровнем искажений и лучшими характеристиками THD	ДИП-8, СОИК-8

Кончик:

LM358 и LM324 отлично подходят для экономичных низкоскоростных систем управления.

MCP602 оптимально подходит для проектов микроконтроллеров с напряжением 3,3 В.

NJM2068 — это надежное обновление TL072 в Hi-Fi-приложениях без существенного увеличения стоимости.

AD712 подходит для точных аналоговых приборов.

Тип упаковки TL072

Для соответствия различным конструкциям печатных плат TL072 выпускается в нескольких типах корпусов:

1. TL072 SOIC (Малая интегральная схема)

Версия SOIC TL072 представляет собой стандартный корпус для поверхностного монтажа, включающий в себя:

1. 8-контактная двухрядная конфигурация

2. Выводы типа «крыло чайки» для легкой пайки

3. Ширина корпуса 3,9 мм (узкий) или 5,3 мм (широкий)

Этот корпус предпочтителен в конструкциях, требующих умеренного размера с надежными паяными соединениями. Он поддерживает автоматизированные процессы сборки и обеспечивает хороший баланс между размером и рассеиванием тепла. Формат SOIC часто выбирается в сценариях, где плотность печатной платы важна, но не сильно ограничена.

2. TL072 SOT (транзистор с малым контуром)

В компоновках с высоким уровнем чувствительности к пространству TL072 предлагается в корпусах SOT-23-5 или SOT-23-6, которые являются исключительно компактными. Они имеют:

1. Минимальная площадь размещения на печатной плате

2. Меньшая мощность за счет уменьшения тепловой массы

3. Упрощенная интеграция в компактные схемные модули

Инженеры выбирают вариант SOT для проектов, где пространство печатной платы крайне ограничено, например, миниатюрные платы датчиков или сверхкомпактные аналоговые секции. Однако его небольшой размер может ограничить его использование в более мощных или критичных к точности конструкциях без надлежащего теплового учета.

3. TL072 TSSOP (тонкоусадочный пакет малого размера)

Версия TSSOP TL072 обеспечивает более тонкий профиль и более плотный шаг выводов, чем SOIC. Обычно она имеет:

1. Конфигурация выводов TSSOP-8

2. Уменьшенная высота для тонких корпусов

3. Эффективное использование площади печатной платы

Этот формат упаковки хорошо подходит для многослойных печатных плат высокой плотности и прецизионных аналоговых секций, где вертикальный зазор ограничен. Он позволяет разработчикам поддерживать аналоговую производительность, минимизируя площадь платы, что имеет важное значение в современных компактных системах и модульных архитектурах проектирования.

Каждый формат корпуса TL072 предоставляет разработчикам схем возможности выбора в зависимости от ограничений компоновки проекта, стратегии охлаждения и метода производства — будь то оптимизация для автоматизированной сборки с захватом и установкой, минимизация занимаемой площади или соответствие размерам корпуса.

Модель САПР TL072

Модель TL072 CAD обеспечивает детальное 3D и посадочное место для ИС, специально разработанное для использования в средах моделирования печатных плат и схем. Она точно отражает физические размеры, конфигурацию выводов и тип корпуса — обычно 8-контактный корпус Dual In-line (DIP).

Эти ресурсы САПР обычно включают в себя:

1. Модели SPICE для тестирования аналоговой производительности

2. Условные обозначения для встраивания в принципиальные схемы

3. Посадочные места на печатной плате для обеспечения правильного выравнивания контактных площадок и зазоров на плате

Использование модели TL072 CAD позволяет инженерам оптимизировать компоновку платы, предотвращать механические помехи и проверять маршрутизацию сигналов на этапе проектирования. Она также поддерживает совместимость с основными инструментами EDA, такими как KiCad, Eagle, Altium Designer и OrCAD, повышая общую эффективность как прототипирования, так и производственных рабочих процессов.

Заключение

Операционный усилитель TL072 продолжает оставаться надежным и высокопроизводительным выбором для разработчиков аналоговых схем. Благодаря низкому уровню шума, высокой скорости нарастания и входному каскаду JFET он отлично подходит для аудиосистем, систем обработки сигналов и измерительных приборов.

Широкое распространение, долгосрочная доступность и множество аналогов и замен гарантируют, что TL072 останется краеугольным камнем в проектировании аналоговых схем на долгие годы — независимо от того, работаете ли вы над высококлассным предусилителем или недорогим буфером.