Operationsverstärker 741:Die grundlegende Richtlinie

Der neue und verbesserte Operationsverstärker 741 für integrierte Schaltkreise macht sich auf dem Gebiet der ÀTechnologie schnell einen Namen. Abgesehen davon, dass es Schaltungsflexibilität in analogen Schaltungen bietet, hat es bei seiner Anwendung in analogen Computern einen langen Weg zurückgelegt. Mit mehreren Pins an Ort und Stelle, d. h. insgesamt 8, führt der IC-Op-Amp 741 seine Funktion effektiv aus, während er zur Regulierung von der äußeren Rückkopplung abhängt. Darüber hinaus macht seine Anwendung in elektronischen Schaltungen und Geräten es geeignet und sicher.
Um mehr über die Bedeutung dieses Verstärkers bezüglich seines Wirkungsmechanismus, seiner Spezifikationen und Anwendungen zu erfahren, lesen Sie weiter.

1. Was ist der Operationsverstärker 741?

Im Allgemeinen ist ein Operationsverstärker, auch bekannt als Op-Amp, eine integrierte Festkörperschaltung mit hoher Spannungsverstärkung (ca. 100 dB). Sein Design ist in erster Linie für die Durchführung analoger Berechnungen zu empfehlen. Das heißt, seine Rolle besteht darin, unter anderem mathematische Operationen wie Integration, Subtraktion, Differentiation, Addition durchzuführen.

In Kombination mit externen Komponenten, z. B. Kondensatoren und Widerständen, um einen obligatorischen Rückkopplungsmechanismus zu erzeugen, können Sie es außerdem als Verstärker verwenden. Sie könnten es auch in einen Komparator oder Filter umwandeln.

Zweifellos gibt es eine Vielzahl von Operationsverstärker-ICs, die die wesentlichen Komponenten analoger Schaltungen bilden. Wir werden uns jedoch speziell mit dem häufig verwendeten Operationsverstärker, dem IC 741 Op Amp, befassen.

Definition zum Operationsverstärker IC 741

Ein IC 741-Operationsverstärker umfasst die Allzweck-Operationsverstärkerschaltung, jedoch mit einem herausragenden Merkmal eines monolithischen Chips in der integrierten Schaltung.

Fairchild Semiconductors hatte 1963 die erste Herstellung eines Operationsverstärkers 741. Seitdem ist 741 ein Indikator für diesen Operationsverstärker, wobei er einen Ausgangsstift, vier Eingangsstifte und sieben Funktionsstifte hat.

Eigenschaften eines 741 Operationsverstärkers

Der Operationsverstärker der integrierten Schaltung hat die folgenden Eigenschaften;

• Erstens eine Spannungsverstärkung von etwa 200000.
• Dann reicht ein Frequenzbereich der Verstärkersignalisierung von 0 Hz bis 1 MHz.
• Außerdem liegt der o/p unter 100 Ohm.
• Eingangsimpedanz über 100 Kiloohm.
• Zu guter Letzt niedrige Offset-Spannung und Eingangs-Offset-Strom.

2. Spezifikationen des Operationsverstärkers IC 741

Einige seiner grundlegenden Spezifikationen sind:

• Netzteil :Es kann eine Spannung von 5 V verarbeiten, während das Maximum bis zu 18 V betragen kann
• Ausgangsimpedanz :Ungefähr 75 Ω.
• Eingangsimpedanz :Ungefähr 300 KΩ bis 2 MΩ (Megaohm)
• Spannungsverstärkung :Kann bei niedrigen Frequenzen (20 oder 200 V/Mv) 20000 bis 200000 betragen
• Der maximale Ausgangsstrom :Über mA.
• Der Eingabe-Offset-Bereich :Hat einen Bereich von 2mV bis 6mV.
• Slew-Rate :Konstant bei 0,5 V/µS (Mikrosekunde) – eine ideale Op-Amp-Rate, mit der Spannungsänderungen leicht erkannt werden können.
• Die Ausgangslast :Oft mehr als 2KΩ (Kilo Ohm).
• Bandbreite :Bei 500 KHz bis 1,5 MHz.
• Betriebstemperatur :Von 0° bis 70°C.
• Einschwingverhalten: Er beinhaltet die Anstiegszeit und den Überschwingprozentsatz. Dann ist es umgekehrt proportional zur Eins-Verstärkungsbandbreite des Operationsverstärkers.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass solche Spezifikationen, insbesondere die hohe Verstärkung, der kleine Ausgang und die hohen Eingangsimpedanzen, den IC 741 fast als den am besten geeigneten Spannungsverstärker garantieren. Folglich ist es einfacher, ein DC- oder AC-Stromsignal in den Eingang einzugeben, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, am Ausgang einen höheren Pegel zu erhalten.

(idealer Operationsverstärker).

Die Spezifikationen variieren jedoch manchmal von einem Hersteller zum anderen. Informieren Sie sich daher vor Arbeiten am Verstärker im Datenblatt über die Genauigkeit.

3. Funktionsweise des IC 741 0p-Amp

Unten ist ein Schaltplan eines Standard-741-Operationsverstärkers mit 20 Transistoren und 11 Widerständen mit Einbau in einen monolithischen Chip.

Funktionsprinzip

• In erster Linie haben die nicht-invertierenden und invertierenden Eingänge jeweils eine Verbindung mit den NPN-Transistoren Q2 und Q1. Diese beiden Transistoren assimilieren NPN-Emitterfolger und führen ihre Ausgänge den PNP-Transistoren Q3 und Q4 zu. Das PNP-Paar fungiert als Verstärker in Basisschaltung und isoliert den Spannungseingang, während gleichzeitig ein mögliches Auftreten von Signalrückkopplungen verhindert wird.

https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_amplifier#/media/File:Differential_amplifier_long-tailed_pair.svg

(ein Differenzverstärker mit NPN-Transistoren)

Dann gibt es die Anordnung von Transistorpaaren Q13, Q14 und Q9, Q8, die zwei Stromspiegelschaltungen bilden. Der Hauptzweck des Zwei-Strom-Spiegels besteht darin, eine Änderung des Stromflusses in der internen Schaltung während Spannungsschwankungen eines Op-Amp-Eingangs zu verhindern. Außerdem verringert es die Wahrscheinlichkeit einer Übersteuerung, indem es den aktiven Betriebsbereich der Transistoren beibehält.

Drittens stellen die Steuertransistoren Q12 und Q8 die Emitter-Basis-Spannung des anderen Transistors im passenden Paar ein.

Um nur eine erforderliche Menge an Strom fließen zu lassen, halten Sie die Spannung auf dem Niveau von Bruchteilen von Millivolt. Später wird die Eingangsschaltung mit den ersten Stromspiegeln Q9 und Q8 gekoppelt und verbindet sich dann mit der Ausgangsschaltung mit dem zweiten Stromspiegel Q13 und Q12.

Weiterhin bilden die Transistoren Q11 und Q10 den dritten Stromspiegel.

Die beiden, die eine hochohmige Verbindung haben, verbinden den Minuspol der Stromversorgung und den Eingangskreis. Es gibt eine Referenzspannung, ohne den Eingangskreis zu belasten. Außerdem führt es einen kleinen Basiseingangsvorspannungsstrom ein, was für PNP-Transistoren am Eingang der Verstärkerschaltung in Basisschaltung erforderlich ist.

Die Widerstände 4,5 kΩ und 7,5 kΩ und der Transistor Q15 verhindern eine Verzerrung von Signalen an der Ausgangsverstärkerstufe, indem sie eine Spannungspegelumsetzerschaltung bilden. Die Shifter-Schaltung funktioniert, indem sie die Spannung von der Eingangsverstärkerschaltung um 1 V absenkt, bevor sie mit der nachfolgenden Schaltung fortfährt.

Auch hier können Sie die Transistoren an Q20, Q17 und Q14 verwenden, um die Ausgangsstufe des 741 Op-Amp zu bilden. Dann arbeiten die Transistoren Q22, Q19 und Q15 als Klasse-A-Verstärker.

Schließlich gleichen die Transistoren Q7, Q6 und Q5 alle Schlupflöcher aus, die an der Eingangsdifferenzschaltung auftreten. Ihre Anordnung ermöglicht es ihnen oft, zwei Eingänge aufzunehmen (ein Offset Null positiv und ein Offset Null negativ) und dann fortzufahren, die nicht invertierenden und invertierenden Eingänge auszugleichen.

Hinweis; Das 741 Op-Amp-Design hat keine konstante Verstärkung. Seine Variation ist abhängig von der Frequenz des Eingangssignals. Das heißt, wenn die Frequenz des Eingangssignals zunimmt, gibt es eine Verringerung der Verstärkung und der Frequenzen um etwa 100000 Hz.

4. 741 Operationsverstärker-Pinbelegung

Operationsverstärker 741 – Pin2 und Pin3 (Eingang)

Dies sind die Eingangspins, wobei Pin3 der nicht-invertierende Eingang und Pin2 der invertierende Eingang für die integrierte Schaltung ist. Die beiden Pins arbeiten gleichzeitig, indem eine größere Spannung an Pin2 als die an Pin3 (höhere Spannung am invertierenden Eingang) das Ausgangssignal senkt. Andererseits führt eine größere Pin3-Spannung als Pin2 (höhere Spannung am nicht invertierenden Eingang) dazu, dass das Ausgangssignal höher wird.

Operationsverstärker 741 – Pin4 und Pin7 (Stromversorgung)

Der 741-IC zieht Strom von diesen beiden Pins, Pin4 und Pin7, um seinen Betrieb auszuführen. Pin4 fungiert als die Versorgungsspannung des -ve-Anschlusses, während Pin7 die Versorgungsspannung des +ve-Anschlusses ist. Außerdem liegt die Spannung an Pin 4 und Pin 7 zwischen 5V und 18V.

Operationsverstärker 741– Pin6 (Ausgang)

Pin 6 ist der Ausgangspin des IC 741. Seine Spannung hängt hauptsächlich vom verwendeten Rückkopplungsmechanismus und einem Eingangssignal an den Eingangspins ab. Ein stets hohes Ausgangssignal ist ein Hinweis darauf, dass die Ausgangsspannung ähnlich der positiven Versorgungsspannung ist. Ebenso würde ein niedriger Ausgang eine Ausgangsspannung anzeigen, die gleich einer negativen Stromversorgung ist.

Operationsverstärker 741 – Pin1 und Pin5 (Offset Null)

Wie es in den Spezifikationen steht, bietet ein 741-Operationsverstärker eine hohe Verstärkungsbewertung. So kann es zu Unregelmäßigkeiten im Fertigungsprozess oder zu externen Störungen durch Spannungsunterschiede an den invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen kommen. Folglich kann die Ausgabe gestört werden.

Der Zweck von Pin1 und Pin5 besteht also darin, den Effekt durch Anlegen einer Eingangsoffsetspannung aufzuheben. Um die Anwendung zu erreichen, verwenden Sie ein Potentiometer.

Pin8 (Öffner)

Ein Pin 8 hat keine Verbindungen zu irgendeiner Schaltung in der internen Verbindung eines 741 IC-Operationsverstärkers. Seine Rolle besteht hauptsächlich darin, ein Dummy-Lead zu sein, das leere Stellen in einem standardmäßigen 8-Pin-Gehäuse füllt.

5. Verwendete Arten von Operationsverstärkern

Die beste Möglichkeit, den Operationsverstärker IC 741 zu verwenden, besteht darin, ihn in der Open-Loop-Konfiguration zu implementieren. Die Konfiguration erfolgt sowohl in nicht invertierenden als auch invertierenden Eingängen.

Invertierender Verstärker

Wie wir gesehen haben, sind Pin6 und Pin2 die Ausgangs- bzw. Eingangspins. Eine Spannung, die durch Pin2 geleitet wird, gibt einen Ausgang an Pin6. Eine +ve Polarität des i/p Pin2 führt zu einer -ve Polarität am o/p Pin6. Daher wird i/p immer entgegengesetzt zu o/p sein.

https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier_applications#/media/File:Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg (invertierende Verstärkerkonfiguration).

Um die Schaltung des invertierenden Operationsverstärkers zu berechnen, verwenden Sie die Formel;

A =-Rf/R1

Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Polarität der Ausgangswellenform umgekehrt ist.

Nicht invertierender Verstärker

Bei diesem Verstärker ist Pin6 immer noch der Ausgangspin, während der Eingangspin zu Pin3 wechselt. Eine an Pin3 angelegte Spannung führt zu einem Ausgang von Pin6. Eine positive Polarität am Pin3-Eingang führt zu einer anderen positiven Polarität am o/p Pin6. Auf diese Weise ist das o/p nicht auf der gegenüberliegenden Seite.

Um die nicht invertierende Operationsverstärkerschaltung zu berechnen, verwenden Sie die Formel;

A =1+ (Rf/R1)

Differentialverstärker

Wie der Name schon sagt, verstärkt ein Differenzverstärker die Spannungsdifferenz, die an nichtinvertierenden und invertierenden Eingängen vorhanden ist.

Verwenden Sie für seine Berechnung die Formel;

Vout =R3R1 (V2-V1)

https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_amplifier#/media/File:Op-amp_symbol.svg

(Darstellung der Formel)

6. Anwendung des Operationsverstärkers 741

Zu den vielfältigen Anwendungen des IC 741 Op-Amp gehören:

In Generatoren

Ein Operationsverstärker 741 ist hier als Oszillator in Standardgeneratoren anwendbar, um verschiedene Ausgangswellenformen zu erzeugen, z. B. dreieckförmige, sinusförmige, rechteckförmige Wellenformen, um nur einige zu nennen. Darüber hinaus finden Sie seine Anwendung in Pulsweitenmodulatoren / PMW-Generatoren.

Erstellen von DACs oder ADCs

Sie können einen 741-Operationsverstärker verwenden, um Analog-Digital-Schaltungen oder umgekehrt zu erzeugen. Bei Digital-Analog-Wandlern wird ein digitaler Binäreingang in den Mikrocontrollern oder Computern verwendet, um ein ähnliches analoges Signal zu erzeugen.

(Mikrocontroller-Chips)

Operationsverstärker 741 – In Gleichrichtern 

Normale Dioden weisen normalerweise Spannungsabfälle auf, was sie für hochgenaue Signalgleichrichter ungeeignet macht. Der Operationsverstärker 741 kann anstelle einer Diode wirken, um den Spannungsabfall zu beseitigen.

Rechenaufgaben lösen

Die meisten elektronischen Schaltungen, die mathematische Aufgaben wie Summation, Differenzierung usw. ausführen, verwenden einen 741-Operationsverstärker.

Andere zahlreiche Geräte, die einen Operationsverstärker 741 verwenden, sind;

Ein variabler Tonfrequenzoszillator.

(ein Audioverstärker mit IC Op-amp 741).

• DC-Volt-Polaritätsmesser.
• Thermischer Berührungsschalter.
• E-Raumthermometer.
• Audiomischung für vier Kanäle.

Schlussfolgerung

Abschließend haben wir es geschafft, die Definition eines IC 741 Operationsverstärkers, seine Eigenschaften, Produktspezifikationen, Pinbelegung und Anwendungen anzugehen. Sie bilden die Grundlagen eines Operationsverstärkers 741. Für weitere Details, Anfragen oder mehr Verständnis für das Thema kontaktieren Sie uns. Wir sind jederzeit für Sie da.