IC 741 (Operationsverstärker) Grundlagen | Schaltkreisarbeiten | Eigenschaften

EINFÜHRUNG:

Operationsverstärker werden häufig in unseren Audioverstärkern, in Computern (d. h. DAC und ADC usw.), Instrumentenverstärkern (d. h. in der Industrie zur Erfassung verwendet), Komparatoren, Oszillatoren, Filtern, Log- und Antilog-Verstärkern, V-I und I-V verwendet Konverter, Integratoren, Differentiatoren, in 555 Timern Wellengeneratoren etc.

Haben Sie jemals darüber nachgedacht, was im Grunde in einem Operationsverstärker (IC 741) steckt? , wie es konfiguriert ist, um verschiedene oben erwähnte Funktionen auszuführen, und was seine Eigenschaften sind. Ich hoffe, dass Ihnen dieser Artikel das Grundwissen über den Operationsverstärker vermitteln wird.

Wie der Name schon sagt, OPERATIONAL AMPLIFIER, was halten Sie von dem Wort OPERATIONAL?. Wenn Sie über mathematische Operationen nachdenken, dann haben Sie recht. Es handelt sich um ein Gerät, das ursprünglich zur Durchführung einer mathematischen Operation (d. h. Addition, Subtraktion, Integration und Differenzierung) und zur Verarbeitung analoger Signale entwickelt wurde. Mit dem Hinzufügen geeigneter externer Komponenten können die modernen Operationsverstärker wie oben erwähnt für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Es kann auch zum Verstärken von AC- und DC-Signalen verwendet werden, das Wort VERSTÄRKER bezieht sich auf die Erhöhung der Stärke eines Signals.

Es ist ein Verstärker mit sehr hoher Verstärkung, der aus Differenzverstärkern besteht, die aus dem Pegelumsetzer und einer Ausgangsstufe bestehen. OP-Amp ist im Grunde eine Konfiguration von Transistoren mit einem geeigneten Widerstandswert.

Lassen Sie uns einen kurzen Überblick über IC 741 geben:

Im Jahr 1965 stellte Fairchild den uA709 vor, einen Operationsverstärker der ersten Generation. Es hat mehrere Nachteile, die externe Komponenten zu seinem Schutz erfordern. Der Nachteil ist:Es gibt keinen Kurzschlussschutz, Latch-up-Problem, Frequenzkompensationsproblem, das externe Komponenten erfordert (d. h. 2 Kondensatoren und einen Widerstand).

Im Jahr 1968 führte Fairchild uA741 ein, ein intern kompensiertes Produkt. Im Gegensatz zu uA709 hat es kein Latch-up-Problem, ist gegen Kurzschluss und Frequenzstabilität geschützt. uA741 ist auch als Operationsverstärker der zweiten Generation bekannt.

IC-IDENTIFIZIERUNG UND PIN-KONFIGURATION DES IC 741

Seitdem produzieren viele Hersteller 741 Operationsverstärker. Woran können wir erkennen, dass 741 Operationsverstärker von einem bestimmten Hersteller hergestellt werden? Viele Operationsverstärker werden anhand eines siebenstelligen ID-Codes identifiziert. Für zB

Erstens identifiziert das Präfix einen bestimmten Hersteller. Zweitens, der Bezeichner, der uns zwei Dinge sagt ((i) dreistellige Zahl identifiziert den Typ des Operationsverstärkers.  (ii) der letzte Buchstabe gibt die Betriebstemperatur eines bestimmten Operationsverstärkers an). Drittens gibt das Suffix die Art der Pakete an.   

Pin 7 und Pin 4 werden als Versorgungspins verwendet, an Pin 7 ist die positive Versorgung anzuschließen und an Pin  4 ist die negative Versorgung anzuschließen. Es hat zwei Eingänge (d. h. einer invertiert den Eingangspin 2 und der andere den nicht invertierenden Eingangspin 3). Pin 1 und Pin 5 sind Offset-Null-Pins, ein Potentiometer (typischer Wert von 10k) ist zwischen diesen Anschlüssen angeschlossen, um den Ausgang auf Null zu setzen. Pin 8 hat keine Verbindung mit der internen Schaltung des Operationsverstärkers, er ist dafür ausgelegt, den standardmäßigen 8-Pin-Gehäuse-IC vollständig zu füllen.

INTERNE SCHALTKREISE DES IC741 OP-AMP:

Grundsätzlich besteht ein 741-Bipolartransistor-Operationsverstärker-IC aus 20 BJT-Transistoren. Um nun die interne Schaltung zu verstehen, teilen wir die Schaltung in verschiedene Blöcke auf.

1. Der blau umrandete Block besteht aus einem Differenzverstärker.
2. Die rot umrandeten Blöcke umfassen aktuelle Spiegelungen.
3. Der in Magenta umrandete Block besteht aus einem Klasse-A-Verstärker (d. h. einem Spannungsverstärker)
4. Der grün und cyan umrandete Block besteht aus einem Pegelumsetzer und einem Ausgangsverstärker (d. h. einem Klasse-AB-Verstärker).

Lassen Sie uns nun jeden der Blöcke verstehen:

Der Differenzverstärker besteht erstens aus einem angepassten NPN-Emitterfolger Q1 &Q2, der eine hohe Eingangsimpedanz und Verstärkung liefert, zweitens aus angepassten PNP-Transistoren Q3 &Q4 in Basisschaltung, die zum Treiben der aktiven Last Q7, Q5 und verwendet werden F6. Q5 und Q6 sind das angepasste Paar und führen die Funktion des Differenzverstärkers für das Offset-Null-Eingangssignal aus. Der Strom von Q5 und Q6 wird durch Variieren eines 10k-Pots gesteuert, der zwischen den Eingangspins 1 und 5 angeschlossen ist. Die Transistoren Q1 &Q3 sind in Reihe kaskadiert und Q2 &Q4 sind ebenfalls kaskadiert, was eine hohe Verstärkung liefert, wenn der Eingang an seinen Eingangsanschlüssen angelegt wird. Der Differenzverstärker hat auch die Fähigkeit, gemeinsame Signale zu unterdrücken (d. h. Rauschen, das an beiden Eingangsanschlüssen gemeinsam ist).

Die Stromspiegel bestehend aus (Q8-Q9) und (Q12-Q13) sind als Wilson-Stromspiegel konfiguriert. Während die Transistoren Q10–Q11 als breiterer Stromspiegel konfiguriert sind, halten diese Stromspiegel für einen stabilen Betrieb einen konstanten Ruhestrom zu der Schaltung aufrecht.

Der Klasse-A-Verstärker besteht aus zwei NPN-Transistoren Q15 und Q19, die als Darlington-Paar konfiguriert sind und eine Spannungsverstärkung bereitstellen, der Transistor Q22 wird verwendet, um zu verhindern, dass Q20 ein übermäßiger Strom zugeführt wird (d. h. ein Senkentransistor, der Strom vom Darlington-Paar mit gemeinsamem Kollektor empfängt). .

Der Transistor Q16 zusammen mit dem 4,5k- und 7,5k-Widerstand (als Spannungspegelumsetzer bekannt) wird von dieser Schaltung verwendet, um eine Verzerrung des Ausgangssignals zu verhindern. Nun der Verstärker an der Ausgangsstufe in einem Klasse-AB-Verstärker (bestehend aus Q14, Q17&Q20). Q14 &Q20 ist ein komplementärer Klasse-AB-Verstärker, der eine Ausgangsimpedanz von (normalerweise 50–75 Ohm) und eine Stromverstärkung bietet. Während Q17 den Strom am Ausgang begrenzt.

Der Strom vom Stromspiegel (Q8 und Q9) wird in den Differenzverstärker aufgeteilt, der aus (Q1-Q3) und (Q2-Q4) besteht. Jetzt wird der Strom von den Transistoren in Basisschaltung (Q3 &Q4) mit dem Strom des breiteren Stromspiegels (Q10 &Q11) summiert, Q7 wird verwendet, um Q5 und Q6 anzusteuern. Der Ruhestrom wird in Q16 eingestellt und Q19 wird aufgrund des Wilson-Stromspiegels (Q12&Q13) eingestellt. Der Wert von 30pF wird zur Frequenzkompensation verwendet.

KONFIGURATION DES OP-AMPS (IC 741):

Zwei Hauptkonfigurationen von Operationsverstärkern

1) Open-Loop-Konfiguration:In dieser Konfiguration kann der 741IC als Verstärker mit sehr hoher Verstärkung verwendet werden. Im offenen Regelkreis ist die Verstärkung idealerweise unendlich, daher wird der Ausgang entweder bei positiver Versorgungsspannung oder bei negativen Versorgungsspannungen gesättigt. Dieses Open-Loop-System hat drei Grundkonfigurationen:

a) DIFFERENZVERSTÄRKER:
b) INVERTER VERSTÄRKER:
c) NICHT INVERTER VERSTÄRKER:

2) Closed-Loop-Konfiguration:In dieser Konfiguration ist es als Gegenkopplungsanordnung angeschlossen. Das Rückkopplungsnetzwerk ist durch einen Widerstand (d. h. eine passive Komponente)

a) NICHT-INVERTER-VERSTÄRKER: der Eingang wird am nicht-invertierenden Eingangsanschluss angelegt. Die Verstärkung kann mit dem Wert der Widerstände berechnet werden. Rf ist der Rückkopplungswiderstand.

Av=1 + (Rf / R1)

b) UMKEHRVERSTÄRKER:Der Eingang wird am invertierenden Anschluss angelegt.

       Av=– (Rf / R1)

c) DIFFERENZVERSTÄRKER:Dieser Eingang wird an beide Eingänge angelegt, wodurch die Differenz b/w der beiden Eingänge verstärkt wird.

Av=

d) VOLTAGE FOLLOWER:Dies ist eine Anordnung, die einen nicht-invertierenden Verstärker verwendet, in diesem, anstatt eine Rückkopplung über einen Widerstand zu geben, werden wir die Rückkopplung Rf kurzschließen und R1 öffnen. Die Verstärkung der Rückkopplungsschaltung wird auf (Av=1) reduziert, sie dient als Puffer. Dabei ist der Output gleich dem Input. Wird z. B. in Instrumentenverstärkern verwendet, um ein sehr kleines Signal (d. h. in mV) von einem Wandler aufzunehmen.

MERKMALE DES IC 741 (OP-AMP):

1) EINGANGSBIASSTROM:

Da der Operationsverstärker aus BJT-Transistoren besteht, ist ein Differenzverstärker ein Gleichstrom-Vorspannungsstrom für einen stabilen Betrieb. Der Wert des Ruhe-Gleichstroms, der vom Operationsverstärker gezogen wird, wird als Nenneingangsstrom eines Verstärkers bezeichnet.

uA741 Die Nennleistung liegt zwischen 80 nA (typisch) und 500 nA (maximal). Der Eingangsruhestrom ist der Durchschnitt von zwei Eingangsbasisströmen.

I(Bias) =​​ ( I(b1) + I(b2)  ) / 2

2) EINGANGS-OFFSET-STROM:

Die Differenz zwischen dem Strom in invertierenden und nicht invertierenden Eingangsanschlüssen wird als Eingangsoffsetstrom bezeichnet. Es sagt uns, wie größer ein Strom von einem anderen ist. 741 hat typischerweise 20 nA dieses Stroms.

Je kleiner der Offset-Strom, desto besser der Operationsverstärker.

I(b1)=nichtinvertierender Eingangsklemmenstrom

I(b2)=inertisierender Eingangsklemmenstrom

I(io)=| I(b1) – I(b2)  |

3) EINGANGS-OFFSET-SPANNUNG:

Diese Spannung wird zwischen zwei Eingangsklemmen angelegt, um einen Ausgang eines Operationsverstärkers auf Null zu bringen. 741 hat eine Worst-Case-Eingangsoffsetspannung von 5 mV.

4) SLEW-RATE:

Die Anstiegsrate gibt an, wie viel maximale Frequenz am Eingang angelegt wird, um Verzerrungen am Ausgang zu vermeiden. 741 hat eine typische Anstiegsgeschwindigkeit von 0,5 Volt pro Mikrosekunde (V/us). Es wird gemessen, indem ein Impuls mit einem Funktionsgenerator am Eingang angelegt wird, während die Kanäle des Oszilloskops am Eingang und Ausgang angeschlossen werden (Oszilloskop auf Dualmodus einstellen). Dies ist ein sehr wichtiger Parameter.

5) Ausgangslast:

Es erfordert eine Last an einem Ausgang von mehr als 2 kOhm. Es hat eine Eingangsimpedanz von etwa 2 Megaohm und eine Ausgangsimpedanz zwischen (50-75) Ohm. Seine Open-Loop-Verstärkung beträgt etwa 200.000 für niedrigere Frequenzen.

FREQUENZGANG:

Im offenen Regelkreis hat der Operationsverstärker 741 eine sehr hohe Verstärkung, diese Reaktion ist nicht sehr gut. Um die Verstärkung zu verbessern, wenden wir ein negatives Rückkopplungsnetzwerk an. Durch Anwenden eines negativen Rückkopplungsnetzwerks beginnt die Verstärkung ziemlich dramatisch abzufallen, durch Anwenden von mehr negativer Rückkopplung wird die Bandbreite breiter. (Die Bandbreite bezieht sich auf die Frequenzbereiche, die der Operationsverstärker unterstützt).