INLEIDING:

Operationele versterkers worden veel gebruikt in onze audioversterkers, in computers (d.w.z. DAC en ADC enz.), instrumentele versterkers (d.w.z. gebruikt in industrieën voor detectie), comparatoren, oscillatoren, filters, log- en Antilog-versterkers, V-I en I-V converters, integrators, differentiators, binnen 555 timers golfgeneratoren etc.

Denk je er wel eens over na wat er eigenlijk in een op-amp (IC 741) zit? , hoe het is geconfigureerd voor het uitvoeren van verschillende functies zoals hierboven vermeld en wat zijn kenmerken zijn. Ik hoop dat dit artikel je de basiskennis geeft over de operationele versterker.

Zoals de naam al aangeeft OPERATIONAL AMPLIFIER, wat vindt u van het woord OPERATIONAL?. Als je nadenkt over wiskundige bewerkingen, dan heb je gelijk. Het is een apparaat dat oorspronkelijk is ontworpen voor het uitvoeren van een wiskundige bewerking (d.w.z. optellen, aftrekken, integreren en differentiëren) en om met analoge signalen om te gaan. Met de toevoeging van geschikte externe componenten kunnen de moderne op-amps worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen zoals hierboven vermeld. Het kan ook worden gebruikt voor het versterken van zowel AC- als DC-signalen, het woord AMPLIFIER verwijst naar het versterken van een signaal.

Het is een versterker met een zeer hoge versterking, bestaande uit differentiële versterkers, bestaande uit de niveauvertaler en een eindtrap. OP-amp is in feite een configuratie van transistors met een geschikte waarde van weerstanden.

LATEN WE EEN KORTE BEOORDELING OVER IC 741 NEMEN:

In 1965 introduceerde Fairchild de uA709, een op-amp van de eerste generatie. Het heeft verschillende nadelen, waarvoor externe componenten nodig zijn voor zijn bescherming. Het nadeel is:er is geen kortsluitbeveiliging, vergrendelingsprobleem, frequentiecompensatieprobleem waarvoor externe componenten nodig zijn (d.w.z. 2 condensatoren en een weerstand).

In 1968 introduceerde Fairchild uA741 een intern gecompenseerd eigendom. In tegenstelling tot de uA709 heeft hij geen vasthoudprobleem, is hij beschermd tegen kortsluiting en is hij stabiel in frequenties. uA741 is ook bekend als op-amp van de tweede generatie.

IC IDENTIFICATIE EN PINCONFIGURATIE VAN IC 741

Sinds vandaag produceren veel fabrikanten 741 op-amps. Hoe kunnen we identificeren dat 741 op-amps zijn vervaardigd door een bepaalde fabrikant. Veel op-amps worden geïdentificeerd met behulp van een ID-code van zeven tekens. voor bijv

Ten eerste identificeert het voorvoegsel een bepaalde fabrikant. Ten tweede, de aanduiding die ons twee dingen vertelt ( (i) een driecijferig getal identificeert het type op-amp. (ii) de laatste letter geeft de bedrijfstemperatuur van een bepaalde op-amp aan). Ten derde geeft het achtervoegsel het type pakketten aan.   

Pen 7 en pin 4 worden gebruikt als voedingspinnen, op pin 7 moet de positieve voeding worden aangesloten en op pin 4 moet de negatieve voeding worden aangesloten. Het heeft twee ingangen (d.w.z. de ene is inverterende ingangspin 2 en de andere is niet-inverterende ingangspin 3). Pin 1 en pin 5 zijn offset-nulpinnen, een potentiometer (typische waarde van 10k) is aangesloten tussen deze terminals om de output op nul in te stellen. Pin 8 heeft geen verbinding met het interne circuit van de op-amp, het is gemaakt om het standaard 8-pins verpakte IC volledig te vullen.

INTERNE CIRCUITRIE VAN IC741 OP-AMP:

In principe bestaat de 741 bipolaire transistor-op-amp IC uit 20 BJT-transistoren. Laten we, om de interne circuits te begrijpen, het circuit in verschillende blokken verdelen.

1. Het blauw omlijnde blok bestaat uit een differentiële versterker.
2. De in rood omlijnde blokken bevatten huidige spiegels.
3. Het in magenta geschetste blok bestaat uit een klasse A-versterker (d.w.z. een spanningsversterker)
4. Het blok omlijnd in groen en cyaan bestaat uit een niveauvertaler en uitgangsversterker (d.w.z. klasse AB-versterker).

Laten we nu elk van de blokken begrijpen:

De differentiële versterker bestaat ten eerste uit een aangepaste NPN-emittervolger Q1 &Q2 die een hoge ingangsimpedantie biedt en versterking, ten tweede een aangepaste gemeenschappelijke basis Q3 en Q4 PNP-transistoren die worden gebruikt om de actieve belasting Q7, Q5 en Q6. Q5 en Q6 zijn het gematchte paar en vervullen de functie van de differentiële versterker voor het offset-nul-ingangssignaal. De stroom van Q5 &Q6 wordt geregeld door een 10k-pot te variëren die is aangesloten tussen de ingangspinnen 1 &5. De transistors Q1&Q3 zijn in serie gecascadeerd en Q2&Q4 is ook in cascade geschakeld, wat een hoge versterking oplevert wanneer de ingang wordt toegepast op de ingangsklemmen. De differentiële versterker heeft ook de mogelijkheid om gemeenschappelijke signalen te onderdrukken (d.w.z. ruis die gemeenschappelijk is aan beide ingangsaansluitingen).

De huidige spiegels bestaan ​​uit (Q8-Q9) en (Q12-Q13) zijn geconfigureerd als Wilson stroomspiegel. Terwijl de transistors Q10-Q11 zijn geconfigureerd als bredere stroomspiegels, handhaven deze stroomspiegels een constante ruststroom naar het circuit voor een stabiele werking.

De klasse A-versterker bestaat uit twee NPN-transistoren Q15 en Q19 die zijn geconfigureerd als Darlington-paar en spanningsversterking bieden. .

Transistor Q16 samen met 4,5k en 7,5k weerstanden (bekend als spanningsniveauverschuiver), gebruikt deze schakeling om te voorkomen dat het uitgangssignaal wordt vervormd. Nu de versterker op de eindtrap in een klasse AB versterker (bestaande uit Q14, Q17&Q20). Q14 &Q20 is een complementaire klasse AB-versterker die een uitgangsimpedantie levert van (meestal 50-75 Ohm) en stroomversterking levert. Terwijl Q17 de stroom aan de uitgang begrenst.

De stroom van de stroomspiegel (Q8 en Q9) is verdeeld in de differentiële versterker die bestaat uit (Q1-Q3) &(Q2-Q4). Nu wordt de stroom van de gemeenschappelijke basistransistoren (Q3&Q4) opgeteld bij de stroom van de bredere stroomspiegel (Q10&Q11), Q7 wordt gebruikt om Q5 en Q6 aan te sturen. De ruststroom wordt ingesteld in Q16 en Q19 wordt ingesteld door de Wilson stroomspiegel (Q12&Q13). De waarde van 30pF wordt gebruikt voor frequentiecompensatie.

CONFIGURATIE  VAN OP-AMP(IC 741):

Twee hoofdconfiguraties van op-amp

1) Open-loop-configuratie:in deze configuratie kan de 741IC worden gebruikt als een versterker met een zeer hoge versterking. In open-lus is de versterking idealiter oneindig, vandaar dat de output zal verzadigen, hetzij in positieve voedingsspanning of in negatieve voedingsspanningen. Dit open-loop systeem heeft drie basisconfiguraties:

a) DIFFERENTILE VERSTERKER:
b) INVERTERENDE VERSTERKER:
c) NIET-INVERTERENDE VERSTERKER:

2) Close-loop-configuratie:in deze configuratie wordt deze aangesloten als een negatieve terugkoppeling. Het feedbacknetwerk is via een weerstand (d.w.z. een passieve component)

a) NIET-INVERTERENDE VERSTERKER: de ingang wordt toegepast op de niet-inverterende ingangsaansluiting. De versterking kan worden berekend met behulp van de waarde van weerstanden. Rf is feedbackweerstand.

Av=1 + (Rf / R1)

b) INVERTERENDE VERSTERKER:de ingang wordt toegepast op de inverterende terminal.

       Av=– (Rf / R1)

c) DIFFERENTILE VERSTERKER:in deze ingang wordt toegepast op beide ingangen, wat het verschil tussen de twee ingangen zal versterken.

Av=

d) VOLTAGE FOLLOWER:Het is een opstelling die gebruik maakt van een niet-inverterende versterker, in plaats van feedback te geven via een weerstand, zullen we de feedback Rf kortsluiten en R1 openen. De versterking van het feedbackcircuit wordt teruggebracht tot (Av=1), het wordt gebruikt als buffer. Hierin is de output gelijk aan de input. Bijvoorbeeld gebruikt in instrumentatieversterkers, om een ​​heel klein signaal (d.w.z. in mV) van een transducer te halen.

KENMERKEN VAN IC 741(OP-AMP):

1) INPUT BIAS CURRENT:

Omdat op-amp bestaat uit BJT-transistoren, een differentiële versterker die een gelijkstroomvoorspanning nodig heeft voor een stabiele werking. De waarde van de rust-dc-voorspanningsstroom die wordt getrokken door op-amp wordt de ingangsvoorspanningsstroomwaarde van een versterker genoemd.

uA741 de classificatie ligt tussen 80nA (typisch) tot 500nA (maximaal). De ingangsbiasstroom is het gemiddelde van twee ingangsbasisstroom.

I(bias) =​​ ( I(b1) + I(b2)  ) / 2

2) INGANG OFFSET STROOM:

Het verschil tussen de stroom in inverterende en niet-inverterende ingangsaansluitingen wordt aangeduid als ingangsoffsetstroom. Het vertelt ons hoe groter de ene stroom is van de andere. 741 heeft typisch 20nA van deze stroom.

Kleiner de offset-stroom beter de op-amp.

I(b1)=niet-inverterende  ingangsklemstroom

I(b2)=inerterende ingangsklemstroom

I(io)=| I(b1) – I(b2)  |

3) INGANGSVERSCHILLENDE VOLTAGE:

Deze spanning wordt toegepast tussen twee ingangsaansluitingen om een ​​uitgang van een op-amp nul te maken. 741 heeft in het slechtste geval een ingangsoffsetspanning van 5 mV.

4) SLEW RATE:

Slew rate geeft aan hoeveel maximale frequentie bij de ingang wordt toegepast om vervorming van de uitgang te voorkomen. 741 heeft een slew rate van typisch 0,5 volt per microseconde (V/us). Het wordt gemeten door een puls toe te passen met behulp van een functiegenerator aan de ingang terwijl de kanalen van de oscilloscoop aan de ingang en uitgang worden aangesloten (zet de oscilloscoop op dubbele modus). Dit is een zeer belangrijke parameter.

5) Uitgangsbelasting:

Het vereist belasting bij een output van meer dan 2k Ohm. Het heeft een ingangsimpedantie van ongeveer 2 megaohm en een uitgangsimpedantie tussen (50-75) ohm. De open-lusversterking is ongeveer 200.000 voor lagere frequenties.

FREQUENTIERESPONS:

In open loop heeft de op-amp 741 een zeer hoge versterking, deze respons is niet erg goed. Om de gain te verbeteren passen we een negatieve feedback netwerk toe, door een negatieve feedback netwerk toe te passen begint de gain behoorlijk drastisch weg te vallen, door meer negatieve feedback toe te passen wordt de bandbreedte groter. (bandbreedte wordt verwezen naar het frequentiebereik dat de op-amp ondersteunt).