Qu'est-ce que le LM2902N et comment fonctionne-t-il ?

De nombreux systèmes électroniques ont besoin de renforcer, comparer, filtrer ou conditionner de petits signaux analogiques avant que ces signaux puissent être utilisés par d'autres circuits. Le LM2902N est un amplificateur opérationnel quadruple à faible consommation d'énergie de Texas Instruments qui fournit quatre amplificateurs opérationnels indépendants dans un package de 14 broches. Il peut fonctionner avec une alimentation unique ou divisée, détecter des entrées proches de la terre et fonctionner sur une large plage de températures. Ce guide explique les spécifications du LM2902N, le fonctionnement interne, les connexions de circuit, les calculs de gain, les circuits amplificateurs pratiques, et plus encore.

Catalogue

Bases de l'IC Op-Amp LM2902N

Le LM2902N est un circuit intégré à faible consommation d'énergie contenant quatre amplificateurs opérationnels indépendants à gain élevé. Chaque amplificateur est compensé en fréquence en interne, ce qui l'aide à maintenir une opération stable sans nécessiter de composants de compensation externes.

L'IC fonctionne à partir d'une alimentation unique sur une large plage de tension. Il peut également utiliser des alimentations séparées si nécessaire. Son courant d'alimentation faible reste relativement stable lorsque la tension d'alimentation change. La plage de mode commun d'entrée inclut le rail d'alimentation négatif, permettant au LM2902-N de détecter des signaux proches de la terre.

Toutefois, le LM2902-N n'est pas un amplificateur opérationnel rail-à-rail. Son entrée et sa sortie ne peuvent généralement pas atteindre le rail d'alimentation positif. Si vous êtes intéressé par l'achat du LM2902-N, n'hésitez pas à nous contacter pour les prix et la disponibilité.

Configuration de broches et modèles CAO LM2902N

Configuration de broches LM2902N

Broche Nom	Numéro de broche	Type	Description réécrite
SORTIE1	1	O	Sortie amplifiée du canal 1
ENTRÉE1−	2	I	Entrée de signal inversant pour le canal 1
ENTRÉE1+	3	I	Entrée de signal non-inversant pour le canal 1
V+	4	P	Connexion d'alimentation positive
ENTRÉE2+	5	I	Entrée de signal non-inversant pour le canal 2
ENTRÉE2−	6	I	Entrée de signal inversant pour le canal 2
SORTIE2	7	O	Sortie amplifiée du canal 2
SORTIE3	8	O	Sortie amplifiée du canal 3
ENTRÉE3−	9	I	Entrée de signal inversant pour le canal 3
ENTRÉE3+	10	Je	Entrée de signal non-inverseur pour le canal 3
GND	11	P	Connexion de masse pour un fonctionnement à alimentation unique ou connexion d'alimentation négative pour un fonctionnement à double alimentation
INPUT4+	12	Je	Entrée de signal non-inverseur pour le canal 4
INPUT4−	13	Je	Entrée de signal inverseur pour le canal 4
OUTPUT4	14	O	Sortie amplifiée du canal 4

Modèles CAD

Spécifications techniques du LM2902N

Attribut du produit	Spécification
Fabricant	Texas Instruments
Série	LinCMOS
Emballage	Tube
État du produit	Actif
Type d'amplificateur	Amplificateur standard à usage général
Nombre de circuits	4
Produit gain-bande passante	1 MHz
Courant d'offset d'entrée	45 nA
Tension d'offset d'entrée	2 mV
Courant d'alimentation	1.5 mA
Courant de sortie par canal	40 mA
Plage de tension d'alimentation minimale	3 V
Plage de tension d'alimentation maximale	32 V
Température de fonctionnement	−40°C à +85°C (TJ)
Type de montage	Montage traversant
Paquet/Boîtier	14-DIP (0.300 in, 7.62 mm)
Paquet de dispositif fournisseur	14-PDIP
Numéro de produit de base	LM2902

Caractéristiques et avantages du LM2902N

Caractéristiques

• Quatre amplificateurs opérationnels dans un seul boîtier : Contient quatre amplificateurs opérationnels indépendants dans un seul CI.

• Compensé en fréquence en interne : Prend en charge un fonctionnement à gain unitaire stable sans composants de compensation externes.

• Gain en tension DC élevé : Fournit un gain de tension en boucle ouverte typique de 100 dB.

• Bande passante de 1 MHz : Convient pour le traitement de signaux de basse fréquence et d'usage général.

• Large plage d'alimentation : Fonctionne avec une alimentation unique de 3 V à 32 V ou des alimentations doubles de ±1,5 V à ±16 V.

• Faible courant d'alimentation : Consomme environ 700 µA, avec une dépendance limitée à la tension d'alimentation.

• Faible courant de polarisation d'entrée : A un courant de polarisation d'entrée typique de 45 nA.

• Faible décalage d'entrée : Offre une tension de décalage d'entrée typique de 2 mV et un courant de décalage de 5 nA.

• Entrée de détection de masse : Sa plage de mode commun d'entrée inclut la ligne d'alimentation négative ou la masse.

• Large amplitude de sortie : La sortie peut se rapprocher de la masse et atteint généralement jusqu'à environ 1.5 V en dessous de la ligne positive.

Avantages

• Prend en charge les circuits à alimentation unique : Élimine souvent le besoin d'alimentations positives et négatives séparées.

• Économise de l'espace sur la carte : Quatre amplificateurs réduisent le nombre de composants et la surface de la PCB.

• Convient aux équipements alimentés par batterie : Une faible consommation de courant aide à réduire la consommation d'énergie.

• Traite des signaux référencés à la masse : Les entrées et les sorties peuvent fonctionner près de la masse.

• Performances compensées en température : La bande passante et le courant de polarisation d'entrée restent plus constants avec les variations de température.

Comment le LM2902N fonctionne-t-il en interne ?

Le LM2902N contient quatre amplificateurs opérationnels indépendants qui partagent les mêmes connexions d'alimentation. Le diagramme montre le circuit interne d'un canal amplificateur. Chaque canal compare les tensions appliquées à ses entrées inverseuse (−) et non-inverseuse (+). Il amplifie ensuite la différence entre ces deux tensions.

Au niveau de l'étage d'entrée, les transistors Q1 à Q4 forment le circuit d'entrée différentiel. Des sources de courant et les transistors Q8 et Q9 établissent des courants de fonctionnement stables et convertissent la différence d'entrée en un signal pour l'étage suivant. Lorsqu'une tension d'entrée change par rapport à l'autre, la distribution de courant interne change en conséquence.

Le signal passe ensuite par l'étage à gain élevé formé principalement par Q10 et Q11. Le condensateur C_C fournit une compensation de fréquence interne, aidant à prévenir l'oscillation indésirable lors de l'utilisation d'un retour d'information négatif. Les transistors restants forment l'étage de sortie, qui fournit ou absorbe du courant pour piloter la sortie. Dans un circuit en boucle fermée, le retour d'information externe ajuste continuellement la sortie jusqu'à ce que les deux tensions d'entrée soient presque égales.

Comprendre les limites d'entrée et de sortie du LM2902N

La plage de tension en mode commun d'entrée du LM2902N inclut la terre lorsqu'il est alimenté par une seule source. Cela lui permet de mesurer des signaux proches de 0 V. Cependant, la tension d'entrée doit normalement rester au moins 1,5 V en dessous de la tension d'alimentation positive à température ambiante. Plus de marge peut être requise sur toute la plage de température de fonctionnement. Par exemple, avec une alimentation de 5 V, la plage d'entrée recommandée s'étend généralement de 0 V à environ 3,5 V.

La sortie peut également osciller près de la terre, surtout avec une charge légère, mais elle ne peut normalement pas atteindre la tension d'alimentation positive. Son niveau de sortie le plus élevé est généralement d'environ 1,5 V en dessous de V+, et l'oscillation disponible devient plus petite avec des charges plus lourdes. Par conséquent, une alimentation de 5 V ne peut pas produire un signal de sortie complet de 0 à 5 V.

Les tensions d'entrée et de sortie requises doivent rester dans ces limites. Sinon, la sortie peut être coupée, saturée, réagir lentement ou produire un signal inexact. Les limites exactes dépendent de la tension d'alimentation, du courant de charge, de la température et des spécifications du fabricant.

Comment utiliser l'amplificateur opérationnel LM2902N

Le LM2902N peut être utilisé en connectant d'abord la broche 4 à l'alimentation positive et la broche 11 à la terre pour un fonctionnement sur une seule alimentation. Un condensateur céramique de dérivation de 0,1 µF doit être placé près de ces broches d'alimentation pour réduire le bruit. Le signal d'entrée requis est ensuite connecté à un canal de l'amplificateur, tandis que des résistances sont ajoutées pour créer une rétroaction négative et définir le gain en tension.

Le circuit montré utilise le Canal 1 comme amplificateur non inversé. Le signal d'entrée du potentiomètre RV1 est connecté à l'entrée non inversée à la broche 3. La résistance R1 connecte l'entrée inversée à la broche 2 à la terre, tandis que R2 connecte la sortie à la broche 1 à l'entrée inversée.

Le gain en tension est calculé comme suit :

Avec une entrée d'environ 0,73 V, la sortie attendue est d'environ 7,37 V. Avant de construire le circuit, confirmez que l'entrée, la sortie, la tension d'alimentation et la charge restent dans les limites de fonctionnement du LM2902N. Connectez correctement les canaux inutilisés pour éviter des sorties instables ou bruyantes.

Conception de circuit LM2902N et calculs de gain

Le LM2902N utilise des résistances de rétroaction externes pour contrôler son gain en tension en boucle fermée. Avant de sélectionner les valeurs de résistance, définissez la plage d'entrée, la plage de sortie requise, la tension d'alimentation, la fréquence du signal et la charge. La sortie calculée doit rester dans les limites d'entrée et de sortie du LM2902N pour éviter toute coupure ou fonctionnement inexact.

Amplificateur non inversé

Un amplificateur non inversé produit une sortie avec la même polarité que l'entrée. Son gain en tension est :

Si R_f=9.1kΩ et Rg=1kΩ :

Pour une entrée de 0,5 V :

V_out=0.5×10.1=5.05V

Amplificateur inversé

Un amplificateur inversé inverse la polarité du signal. Son gain est :

Si Rf=20kΩ et Rin=10kΩ :

Une entrée de 0,5 V produit un changement de sortie idéal de −1 V par rapport à la tension de référence du circuit. Un circuit à alimentation unique peut nécessiter une référence à mi-alimentation parce que le LM2902N ne peut pas générer une sortie négative lorsqu'il est alimenté uniquement par une tension positive et la terre.

Suiveur de tension

Un suiveur de tension connecte la sortie directement à l'entrée inversée. Son gain est :

Av=1

La sortie suit la tension d'entrée. Cette configuration fournit une haute impédance d'entrée et une impédance de sortie plus faible, ce qui la rend utile pour le tamponnement d'un signal sans augmenter sa tension.

Vérification de la largeur de bande

La largeur de bande disponible diminue à mesure que le gain en boucle fermée augmente. Elle peut être estimée en utilisant :

Avec un produit gain-largeur de bande d'environ 1 MHz et un gain de 10 :

Ceci n'est qu'une estimation. La conception finale doit également prendre en compte le taux de variation, la tolérance des résistances, le décalage d'entrée, le courant de charge, la température et l'oscillation de tension de sortie.

Circuits d'application pratique du LM2902N

Amplificateur non inversé LM2902N

Dans le premier circuit, un canal du LM2902N fonctionne comme un amplificateur non inversé. Le signal de 300 mV entre à l'entrée non inversée, tandis que les résistances R0 et R1 forment le réseau de rétroaction négative. Le LM2902N compare les tensions à ses deux entrées et ajuste automatiquement la sortie jusqu'à ce que la tension de rétroaction à l'entrée inversée soit presque égale au signal d'entrée.

R0 renvoie une partie de la tension de sortie à l'entrée inversée, tandis que R1 la connecte à la terre. Leur rapport de résistance contrôle combien le signal d'entrée est amplifié. Avec R0 à 100 kΩ et R1 à 10 kΩ, le circuit a un gain de 11. Par conséquent, l'entrée de 300 mV devient environ 3,3 V à la sortie. Ce circuit fonctionne comme un amplificateur de signal sans inverser la polarité du signal.

Amplificateur d'instrumentation LM2902N

Dans le deuxième circuit, trois canaux LM2902N forment un amplificateur instrumentation. Les deux premiers canaux reçoivent des tensions d'entrée V₁ et V₂. Ils fournissent une haute impédance d'entrée, empêchant le circuit de soumettre les capteurs ou sources de signal connectés à une lourde charge. Les résistances R1 et R_gcontrol régulent le gain de cette première étape.

Le troisième canal fonctionne comme un amplificateur différentiel. Il compare les sorties des deux premiers canaux, rejette la tension commune aux deux signaux et amplifie leur différence. Le circuit produit une sortie proportionnelle à V₂-V₁. Cette fonction est utile lorsqu'un petit signal différentiel doit être séparé du bruit commun indésirable. Un appariement précis des résistances est nécessaire pour une bonne précision de mesure et un rejet du bruit.

LM2902N vs Amplificateurs Opérationnels Similaires

Amplificateur Opérationnel	Canaux	Plage d'Alimentation	Bande Passante Typique	Type d'Entrée	Principale Différence
LM2902N	4	3–26 V ou ±1.5–±13 V	1 MHz	Bipolaire	Amplificateur quadruple avec une plage de température de −40 °C à +85 °C
LM324N	4	3–32 V ou ±1.5–±16 V	1 MHz	Bipolaire	Périphérique similaire avec une plage d'alimentation plus large mais une plage de température de 0 °C à +70 °C
LM2902B	4	3–36 V ou ±1.5–±18 V	1,2 MHz	Bipolaire	Nouvelle option interchangeable avec un offset amélioré, filtrage EMI et performance thermique
LM358N	2	3–32 V ou ±1.5–±16 V	1 MHz	Bipolaire	Fournit deux amplificateurs au lieu de quatre
LM2904N	2	3–26 V ou ±1.5–±13 V	1 MHz	Bipolaire	Version à double canal avec une plage de température similaire
TL074	4	Typiquement 7–36 V	3 MHz	JFET	Plus rapide, impédance d'entrée plus élevée, mais sa plage d'entrée n'inclut pas la terre

Alternatives et Remplacements

• LM2902B

• LM2902BA

• LM2902K

• LM2902KV

• LM2902KAV

• LM2902-Q1

• LM324N, etc.

Dimensions Mécaniques

Fabricant

Texas Instruments dispose de capacités étendues en conception et fabrication de semi-conducteurs analogiques tels que le LM2902N. Son processus de production comprend la fabrication de wafers, le test de wafers, l'assemblage de puces, l'emballage en PDIP 14 broches, les tests électriques et l'inspection finale de qualité. TI exploite des installations internes de fabrication et d'assemblage et de test de wafers, offrant un meilleur contrôle de la qualité des produits, de la capacité de production et de la continuité de l'approvisionnement. Pendant la fabrication, chaque appareil est testé pour confirmer qu'il répond aux exigences électriques spécifiées, y compris le gain en tension, la bande passante, la tension de décalage d'entrée, le courant de polarisation, le courant d'alimentation et les limites de température. TI effectue également une qualification et un suivi continu de la fiabilité et fournit des informations sur la conformité des matériaux pour le LM2902N/NOPB, qui est conforme RoHS et REACH et utilise un fini de broche NiPdAu.

PDF de la fiche technique

Fiches Techniques LM2902N :

Questions Fréquemment Posées [FAQ]

1. Comment les canaux amplificateurs LM2902N non utilisés doivent-ils être connectés ?

Configurez chaque canal non utilisé en tant que suiveur de tension. Connectez sa sortie à l'entrée inverseuse et connectez l'entrée non inverseuse à la terre ou à une autre tension de référence valide. Ne laissez pas les entrées flottantes car elles pourraient capter du bruit et osciller de manière imprévisible.

2. Le LM2902N peut-il être utilisé comme un comparateur ?

Il peut effectuer des comparaisons de tension lentes et basiques, mais il est conçu comme un amplificateur opérationnel. La récupération de saturation peut être lente, et la sortie n'est pas destinée à une commutation rapide. Un comparateur dédié est mieux adapté pour une détection précise ou à grande vitesse.

3. Pourquoi un condensateur de découplage devrait-il être placé près de l'LM2902N ?

Un condensateur céramique de 0,1 µF entre les broches d'alimentation aide à absorber le bruit haute fréquence et les changements de courant soudains. Placez-le près des broches 4 et 11 avec des connexions courtes pour un découplage efficace.

4. L'LM2902N peut-il piloter directement un relais, un moteur ou une LED haute puissance ?

Non. Sa sortie est destinée à des charges de petits signaux et ne peut pas délivrer en toute sécurité le courant requis par la plupart des relais, des moteurs ou des LEDs puissantes. Utilisez un transistor externe ou un MOSFET avec les composants de protection nécessaires.

5. Qu'est-ce qui cause la distorsion de croisement dans un amplificateur AC LM2902N ?

Sa scène de sortie peut produire de la distorsion près du point où l'alimentation passe à l'absorption de courant, surtout avec une charge couplée en AC. Une résistance appropriée de la sortie à la terre peut augmenter le courant de polarisation et réduire cet effet.

6. Comment la valeur de la résistance affecte-t-elle la précision du circuit LM2902N ?

Des valeurs de résistance très élevées augmentent les erreurs causées par le courant de polarisation d'entrée, le bruit et les fuites. Des valeurs très basses augmentent le chargement de sortie et la consommation d'énergie. Des valeurs dans la plage des kilohms faibles à plusieurs centaines de kilohms sont courantes, selon le circuit.

7. Que doit-on vérifier avant de remplacer un LM2902N par un autre amplificateur opérationnel ?

Vérifiez la disposition des broches, le paquet, la plage d'alimentation, la plage de mode commun d'entrée, l'amplitude de sortie, la bande passante, la tension de décalage, le courant de sortie, la température de fonctionnement et la stabilité de charge capacitive. Une pièce compatible au niveau des broches n'est pas automatiquement un remplacement électriquement sûr.