Операционный усилитель 741 | это… Что такое Операционный усилитель 741?

Операционный усилитель 741 в корпусе TO-5

Операционный усилитель 741 (другие обозначения: uA741, μA741) — универсальный интегральных операционный усилитель второго поколения на биполярных транзисторах. Оригинальный μA741 был разработан в 1968 году Дэвидом Фуллагаром из Fairchild Semiconductor на основе разработанного Бобом Видларом LM101. В отличие от LM101, использовавшего внешний конденсатор частотной коррекции, в μA741 этот конденсатор был выполнен непосредственно на кристалле ИС. Простота применения μA741 и совершенные для своего времени характеристики способствовали широкому применению новой схемы и сделали её «типовым» универсальным ОУ.

Содержание 1 Структура ОУ 2 Токовые зеркала 3 Дифференциальный входной каскад 4 Усилительный каскад класса А 5 Цепи смещения выхода 6 Выходной каскад 7 Примечания 8 Ссылки

Структура ОУ

Несмотря на то, что проще и полезнее рассматривать операционный усилитель как чёрный ящик с характеристиками идеального ОУ, важно также иметь представление о внутренней структуре ОУ и принципах его работы, так как при разработке с использованием ОУ могут возникнуть проблемы, обусловленные ограничениями его схемотехники.

Структура ОУ различных марок отличается, но в основе лежит один и тот же принцип. ОУ второго и последующих поколений состоят из следующих функциональных блоков:

Внутренняя схема операционного усилителя 741

1. Дифференциальный усилитель
   • Входной каскад — обеспечивает усиление при малом уровне шума, высокое входное сопротивление. Обычно имеет дифференциальный выход.
2. Усилитель напряжения
   • Имеет высокий коэффициент усиления по напряжению, спад Амплитудно-частотной характеристики как у однополюсного фильтра низких частот, обычно единственный (то есть не дифференциальный) выход.
3. Выходной усилитель
   • Выходной каскад — обеспечивает высокую нагрузочную способность по току, низкое выходное сопротивление, ограничение выходного тока и защиту от короткого замыкания в нагрузке.

Токовые зеркала

Части схемы, обведённые красной линией являются токовыми зеркалами.

Первичный ток, который задаёт все остальные токи, определяется напряжением питания ОУ и резистором 39 kΩ (плюс два падения напряжения на диодном переходе). Первичный ток составляет примерно

(1)

Режим входного каскада по постоянному току задаётся двумя токовыми зеркалами слева. Токовое зеркало, образованное транзисторами Q8/Q9 позволяет работать с большими синфазными напряжениями на входе, не выходя при этом из активного режима работы транзисторов. Токовое зеркало Q10/Q11 косвенно используется для установки тока покоя входного каскада. Этот ток устанавливается резистором 5 kΩ. Цепь задания тока смещения работает следующим образом. Если ток входного каскада начинает отличаться (отличие обнаруживает транзистор Q8) от значения, заданного транзистором Q10, это отражается в токе Q9, что приводит к изменению напряжения в точке соединения коллекторов Q9 и Q10. Это напряжение, поступая на базы Q3 и Q4, уменьшает отклонение тока входного каскада от номинального.

Таким образом, постоянная составляющая тока входного каскада стабилизирована глубокой отрицательной обратной связью.

Токовое зеркало Q12/Q13 обеспечивает для усилителя класса А постоянный ток нагрузки, этот ток практически не зависит от выходного напряжения ОУ.

Дифференциальный входной каскад

Часть схемы, обведенная синей линией, является дифференциальным усилителем. Транзисторы Q1 и Q2 работают как эмиттерные повторители, они нагружены на пару транзисторов Q3 и Q4, включенных как усилители с общей базой. Помимо этого Q3 и Q4 согласуют уровень напряжения и обеспечивают предварительное усиление сигнала перед подачей его на усилитель класса А.

Дифференциальный усилитель из транзисторов Q1 — Q4 имеет активную нагрузку — токовое зеркало, состоящее из транзисторов Q5 — Q7. Транзистор Q7 увеличивает точность (равенство токов в ветвях) токового зеркала путем уменьшения тока сигнала, отбираемого с коллектора Q3 для управления базами транзисторов Q5 и Q6. Это токовое зеркало обеспечивает преобразование дифференциального сигнала в недифференциальный следующим образом:

• Ток сигнала через коллектор Q3 поступает на вход токового зеркала, при этом выход зеркала (коллектор Q6) соединен с коллектором Q4.
• Здесь токи коллекторов Q3 и Q4 суммируются, поскольку для дифференциальных входных сигналов сигнальные токи через транзисторы Q3 и Q4 равны по абсолютному значению и противоположны по направлению.

Таким образом, сумма вдвое превышает токи, текущие через транзисторы Q3 и Q4. Напряжение сигнала на коллекторе Q4 в режиме холостого хода равно произведению суммы сигнальных токов и сопротивлений коллекторов Q4 и Q6, включенных параллельно. Это произведение относительно велико, поскольку сопротивления коллекторов для токов сигнала большие

[1].

Следует отметить, что ток базы входных транзисторов ненулевой и дифференциальное сопротивление входа ОУ 741 составляет примерно 2 MΩ.

ОУ имеет два вывода балансировки (на рисунке обозначены Offset), которые обеспечивают возможность подстройки напряжения смещения входа ОУ до нулевого значения. Для подстройки нужно подключить к выводам потенциометр.

Усилительный каскад класса А

Часть схемы, обведенная пурпурной линией, является усилительным каскадом класса А. Он состоит из двух n-p-n транзисторов, включенных как пара Дарлингтона. Коллекторной нагрузкой является выходная часть токового зеркала Q12/Q13, благодаря чему достигается высокое усиление этого каскада. Конденсатор емкостью 30 пФ обеспечивает частотно-зависимую отрицательную обратную связь, которая повышает устойчивость ОУ при работе с внешней обратной связью. Такая техника называется компенсация Миллера, она функционирует практически так же, как и интегратор, построенный на ОУ. Полюс может находиться на достаточно низкой частоте, например 10 Гц для ОУ 741. Соответственно, на этой частоте происходит спад −3 дБ амплитудно-частотной характеристики ОУ при разомкнутой петле внешней обратной связи. Частотная компенсация обеспечивает безусловную стабильность ОУ в широком диапазоне условий и тем самым упрощает его применение.

Цепи смещения выхода

Часть схемы, обведенная зеленой линией, предназначена для правильного смещения транзисторов выходного каскада. Эта часть схемы представляет собой двухполюсник, поддерживающий постоянную разность потенциалов на своих выводах вне зависимости от протекающего тока (в основе — умножитель напряжения база-эмиттер). Фактически, это аналог стабилитрона, выполненный на транзисторе Q16. Если считать ток базы транзистора Q16 равным нулю, а напряжение база-эмиттер равным 0.625 В (типичное напряжение база-эмиттер для кремниевых биполярных транзисторов), то ток, текущий через резисторы 4.5 kΩ и 7.5 kΩ будут одинаковы, а напряжение на резисторе 4.5 kΩ составит 0.375 В. Таким образом, напряжение на всем двухполюснике будет равно 0.625 + 0.375 = 1 В. Это напряжение поддерживает выходные транзисторы в чуть открытом состоянии, что уменьшает искажения типа «ступенька».

Поддержание напряжения смещения путем умножения напряжения база-эмиттер примечательно тем, что при изменениях температуры напряжения база-эмиттер меняются одновременно и у смещаемого каскада, и у цепи смещения, то есть температурно-зависимые эффекты взаимно вычитаются. Это обстоятельство значительно улучшает термостабильность режима смещаемых транзисторов, особенно в интегральных схемах, где все транзисторы имеют одинаковую температуру (поскольку находятся на одном кристалле).

В некоторых усилителях, выполненных на дискретных компонентах, функцию смещения выходных транзисторов выполняют последовательно включенные полупроводниковые диоды (обычно два диода).

Выходной каскад

Выходной каскад (обведён голубой линией) класса AB — двухтактный эмиттерный повторитель (Q14, Q20), смещение которого устанавливается умножителем напряжения V_be (Q16 и резисторы, соединённые с его базой). На выходной каскад подаётся сигнал с коллекторов транзисторов Q13 и Q19. Диапазон выходных напряжений ОУ примерно на 1 В меньше, чем напряжение питания; это обусловлено падением напряжения на полностью открытых транзисторах выходного каскада.

Резистор сопротивлением 25 Ω в выходном каскаде служит датчиком тока. Этот резистор совместно с транзистором Q17 ограничивает ток эмиттерного повторителя Q14 на уровне примерно 25 мА. Ограничение тока в нижнем плече (транзистор Q20) двухтактного выходного каскада осуществляется путём измерения тока через эмиттер транзистора Q19 и последующего ограничения тока, текущего в базу Q15. В более новых вариантах схемотехники ОУ 741 могут использоваться несколько иные методы ограничения выходного тока.

Примечания

1. ↑ Коллектор транзистора в активном режиме ведет себя как генератор тока

Ссылки

• Operational amplifiers (англ.) Познавательная статья об ОУ.

Серия ua741 (STMicroelectronics)

STMicroelectronics

Общие характеристики

	Раздел	Операционные усилители
	Тип ОУ
	Кол-во каналов ОУ
	Программируемый коэффициент усиления
	Частота единичного усиления
	Максимальная скорость нарастания выходного сигнала

Документация на серию ua741

• найти ua741.pdf

Товары серии ua741

Наименование	i	Упаковка	Корпус	U пит	Iпотр	T раб
UA741CD (ST)		в линейках 100 шт	SO-8 SOIC8
UA741CD1 (ST)			SO-8 SOIC8
UA741CDT (ST)		в ленте 2500 шт	SO-8 SOIC8
UA741CN (ST)		в линейках 50 шт	DIP8300
UA741ID (ST)		в линейках 100 шт	SO-8 SOIC8
uA741ID PBF (ST)			SO-8 SOIC8
UA741IDT (ST)		в ленте 2500 шт	SO-8 SOIC8
UA741IN (ST)		в линейках 50 шт	DIP8300
UA741MD (ST)			SO-8 SOIC-8-3. 9
UA741MDT (ST)			SO-8 SOIC-8-3.9
UA741MN (ST)			DIP-8

ua741 публикации

03 ноября 2009

статья

Когда на этапе разработки или редизайна подходит время выбора операционного усилителя, мы часто обращаем свой взор в сторону таких монстров аналоговой техники, как Texas Instruments или Maxim, известных своими инновационными решениями и богатством… …читать

23 ноября 2007

статья

Несильным преувеличением будет тезис, что начало современной микроэлектроники связано с появлением интегральных операционных усилителей (ОУ), которые явились универсальными «кирпичиками» для всей современной аналоговой электроники. … …читать

Операционный усилитель IC 741. Основы, характеристики, конфигурация выводов, применение

В этом руководстве мы познакомимся с чрезвычайно популярным устройством под названием операционный усилитель IC 741. Мы увидим некоторые основы операционных усилителей, упаковку и распиновку операционного усилителя IC 741, важные характеристики и характеристики, пару известных схем с использованием IC 741 (инвертирующие и неинвертирующие усилители) и некоторые общие приложения.

Краткое описание

Введение в операционные усилители

Операционный усилитель, также называемый операционным усилителем или операционным усилителем, представляет собой интегральную схему, предназначенную в первую очередь для выполнения аналоговых вычислений. Он имеет очень высокий коэффициент усиления по напряжению, обычно порядка 10 ⁵ (100 дБ).

Хотя они изначально предназначены для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.  д. (отсюда и название операционных усилителей), с помощью внешних компонентов, таких как резисторы и конденсаторы, для создания необходимого механизма обратной связи, их также можно использовать в качестве усилителя и для многих других функций, таких как фильтры, компараторы и т. д.

ИС операционных усилителей стали неотъемлемой частью почти всех аналоговых схем. В этой статье мы рассмотрим одну из наиболее часто используемых микросхем операционных усилителей: операционный усилитель IC 741.

Чтобы узнать больше об операционных усилителях, посетите эту страницу: Основы операционных усилителей

ИС 741 Операционный усилитель (операционный усилитель)

ИС 741 ОУ представляет собой монолитную интегральную схему, состоящую из операционного усилителя общего назначения. Впервые он был изготовлен компанией Fairchild Semiconductors в 19 году.63. Число 741 указывает на то, что эта микросхема операционного усилителя имеет 7 функциональных контактов, 4 контакта, способных принимать входные данные, и 1 выходной контакт.

Операционный усилитель IC 741 обеспечивает высокий коэффициент усиления по напряжению и может работать в широком диапазоне напряжений, что делает его лучшим выбором для использования в интеграторах, суммирующих усилителях и устройствах обратной связи общего назначения. Он также имеет защиту от короткого замыкания и встроенные схемы компенсации частоты. Эта микросхема операционного усилителя поставляется в следующих форм-факторах:

• 8-контактный DIP-корпус
• ТО5-8 Упаковка металлическая банка
• 8-контактный SOIC

ПРИМЕЧАНИЕ: Производителем первой ИС на рисунке выше в 8-выводном DIP-корпусе является STMicroelectronics, а третьей ИС в 8-выводном формате SOIC — Texas Instruments. Нам не удалось найти информацию о производителе второй ИМС в металлобаночном корпусе ТО5-8.

Распиновка операционного усилителя IC 741 и их функции

На приведенном ниже рисунке показаны конфигурации контактов и внутренняя блок-схема IC 741 в 8-контактном корпусе DIP и корпусе TO5-8 в металлическом корпусе.

Теперь давайте посмотрим на функции различных контактов микросхемы 741:

• Контакты 4 и 7 (источник питания): Контакт 7 является клеммой подачи положительного напряжения, а контакт 4 — клеммой подачи отрицательного напряжения. 741 IC потребляет энергию для своей работы от этих контактов. Напряжение между этими двумя контактами может быть где угодно между 5В и 18В.
• Контакт 6 (выход): Это выходной контакт IC 741. Напряжение на этом контакте зависит от сигналов на входных контактах и ​​используемого механизма обратной связи. Если говорят, что выход высокий, это означает, что напряжение на выходе равно положительному напряжению питания. Точно так же, если говорят, что выход низкий, это означает, что напряжение на выходе равно отрицательному напряжению питания.
• Контакт 2 и контакт 3 (вход): Это входные контакты микросхемы. Pin2 — инвертирующий вход, а Pin3 — неинвертирующий вход. Если напряжение на выводе 2 больше, чем напряжение на выводе 3, т. е. напряжение на инвертирующем входе выше, выходной сигнал остается низким. Точно так же, если напряжение на выводе 3 больше, чем напряжение на выводе 2, т. е. напряжение на неинвертирующем входе высокое, выход становится высоким.
• Pin1 & Pin5 (Offset Null): Из-за высокого коэффициента усиления, обеспечиваемого операционным усилителем 741, даже небольшие различия в напряжениях на инвертирующем и неинвертирующем входах, вызванные нарушениями производственного процесса или внешними помехами, могут повлиять на выход. Чтобы свести на нет этот эффект, к выводам 1 и 5 можно приложить напряжение смещения, что обычно делается с помощью потенциометра.
• Контакт 8 (Н/З): Этот контакт не подключен к какой-либо схеме внутри микросхемы 741. Это просто фиктивный вывод, используемый для заполнения пустого пространства в стандартных 8-контактных корпусах.

Технические характеристики

Ниже приведены основные технические характеристики IC 741:

• Источник питания: Требуется минимальное напряжение 5 В, выдерживает до 18 В
• Входное сопротивление: Около 2 МОм
• Выходное сопротивление: Около 75 Ом
• Коэффициент усиления по напряжению: 200 000 для низких частот (200 В/мВ)
• Максимальный выходной ток: 20 мА
• Рекомендуемая выходная нагрузка: Более 2 кОм
• Смещение входа: Диапазоны от 2 мВ до 6 мВ
• Скорость нарастания: 0,5 В/мкс (это скорость, с которой операционный усилитель может обнаруживать изменения напряжения)

Высокий входной импеданс и очень малый выходной импеданс делают IC 741 почти идеальным усилителем напряжения.

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенные выше характеристики являются общими и могут варьироваться от производителя к производителю. Чтобы получить точную информацию, пожалуйста, обратитесь к техническому описанию.

Внутренняя схема и работа микросхемы 741

Стандартный операционный усилитель 741 состоит из схемы, содержащей 20 транзисторов и 11 резисторов. Все они интегрированы в монолитный чип. Схема ниже иллюстрирует внутренние соединения этих компонентов.

Инвертирующий и неинвертирующий входы подключены к двум транзисторам NPN, Q1 и Q2 соответственно. Оба транзистора ведут себя как эмиттерные повторители NPN, а их выходы подаются на пару транзисторов PNP Q3 и Q4, которые сконфигурированы для работы в качестве усилителей с общей базой. Эта конфигурация изолирует оба входа и предотвращает возможную обратную связь по сигналу.

Колебания напряжения на входах операционного усилителя могут повлиять на протекание тока во внутренней цепи и выйти за пределы активного рабочего диапазона любого транзистора в цепи. Чтобы этого не произошло, используются два текущих зеркала.

Пары транзисторов Q8, Q9 и Q12, Q13 образуют две схемы токовых зеркал. Транзисторы Q8 и Q12 являются управляющими транзисторами, которые задают базовое напряжение эмиттера другого транзистора в соответствующей паре.

Это напряжение контролируется с точностью до долей милливольта, чтобы пропускать только необходимое количество тока. Первое токовое зеркало, образованное транзисторами Q8 и Q9, подключено к входной цепи, а второе токовое зеркало, образованное транзисторами Q12 и Q13, подключено к выходной цепи.

Третье токовое зеркало, образованное транзисторами Q10 и Q11, действует как высокоимпедансное соединение между входной цепью и минусом источника питания. Он обеспечивает опорное напряжение без нагрузки на входную цепь и устанавливает небольшой ток смещения базы, требуемый PNP-транзисторами во входной схеме усилителя с общей базой.

Транзистор Q6 вместе с резисторами 4,5 кОм и 7,5 кОм образуют схему сдвига уровня напряжения, которая снижает напряжение от схемы входного усилителя на 1 В, прежде чем оно будет отправлено на следующую схему. Это сделано для предотвращения искажения сигнала на выходном каскаде усилителя.

Транзисторы Q15, Q19 и Q22 сконфигурированы для работы в качестве усилителя класса А, а транзисторы Q14, Q17 и Q20 образуют выходной каскад операционного усилителя 741.

Для балансировки любых неравномерностей на входной дифференциальной цепи транзисторы Q5, Q6 и Q7 используются для формирования устройства, которое принимает два входа (нулевое смещение (+), нулевое смещение (-)) и уравновешивает как инвертирующие, так и неинвертирующие входы. соответственно инвертируя входы.

Коэффициент усиления в зависимости от частотных характеристик

Коэффициент усиления операционного усилителя IC 741 непостоянен и изменяется в зависимости от частоты входного сигнала. На приведенном ниже графике показано соотношение между ними:

Вы можете заметить, что коэффициент усиления остается постоянным на уровне около 200 000, когда операционный усилитель работает на частотах ниже 10 Гц. По мере увеличения частоты входного сигнала усиление уменьшается и приближается к единице на частотах около 100 000 Гц.

Конфигурация разомкнутого контура IC 741

Самый простой способ использования операционного усилителя — это работа с ним в режиме разомкнутого контура.

741 Схемы операционных усилителей

Мы рассмотрим две разные схемы усилителей напряжения, в которых используется ИС 741. .

Эта конфигурация называется инвертирующей, потому что она усиливает и меняет полярность входного сигнала (обратите внимание на формы сигналов на входе и выходе). Резистор R2 является резистором обратной связи. Коэффициент усиления находится по формуле:

Коэффициент усиления (A _V ) = -(R ₂ / R ₁ )

Отрицательный знак указывает на то, что полярность выходного сигнала обратная. Регулируя значения R ₁ и R ₂ , можно добиться желаемого усиления.

Схема неинвертирующего усилителя с использованием операционного усилителя 741

Ниже приведена принципиальная схема неинвертирующего усилителя с использованием микросхемы 741 IC и двух резисторов.

Это устройство называется неинвертирующим, поскольку оно усиливает входной сигнал, сохраняя при этом ту же полярность. Коэффициент усиления находится по формуле:

Коэффициент усиления (A _V ) = 1 + (R ₂ / R ₁ )

Путем регулировки значений R ₁ и R ₂ можно добиться желаемого усиления.

Если значение резистора обратной связи R ₂ установлено равным 0, коэффициент усиления равен 1, и конфигурация операционного усилителя ведет себя как «буфер единичного усиления» или повторитель напряжения.

Приложения

Ниже приведены варианты применения операционного усилителя IC 741 в различных вариантах использования:

• • Усилители: 741 ИС в основном используются для усиления сигналов различных частот в диапазоне от постоянного тока до более высоких радиочастот. Он также используется в частотно-избирательных усилителях, которые отфильтровывают сигналы нежелательных частот, т. е. системы управления тембром в стереофонических и Hi-Fi системах.
  • Вычислительный: Многие электронные схемы, выполняющие математические операции, такие как интегрирование, дифференцирование, суммирование и т. д., используют операционный усилитель 741.
  • Выпрямители: Обычные диоды, используемые в выпрямителях, имеют падение напряжения на них, что делает их непригодными для высокоточных выпрямителей сигналов. Микросхема 741 может быть сконфигурирована для работы в качестве идеального диода, т. е. вообще без падения напряжения, и может использоваться в точных схемах выпрямителей.
  • Генераторы: Операционный усилитель IC 741 используется в качестве генератора в функциональных генераторах для создания различных форм выходных сигналов, таких как синусоидальная, прямоугольная, треугольная и т. д. Он также используется в широтно-импульсных модуляторах (ШИМ-генераторах)
  • Компараторы: ИС 741 можно использовать для сравнения сигналов напряжения и определения, имеют ли они почти одинаковое напряжение. Это может быть использовано в регуляторах напряжения и компараторах сигналов.
• АЦП/ЦАП: 741 Операционный усилитель можно использовать для создания цифро-аналоговых преобразователей, которые могут получать цифровой двоичный ввод от компьютеров или микроконтроллеров и создавать соответствующий аналоговый сигнал. Точно так же он также может использоваться в аналого-цифровых схемах.

Заключение

Полное введение в операционный усилитель IC 741. Вы узнали некоторые основы операционных усилителей, информацию об упаковке и выводах операционного усилителя IC 741, важные спецификации и характеристики, пару известных схем с использованием IC 741 (инвертирующие и неинвертирующие усилители) и некоторые общие приложения.

ИС операционного усилителя 741 Основы, характеристики, выводы и применение

---

Содержание

Введение в ИС операционного усилителя 741

Операционный усилитель IC 741 или LM741 — одна из наиболее часто используемых интегральных схем операционных усилителей, которые выполняют как математические операции, так и функции усиления. Этот небольшой чип в основном выполняет математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование и т. д. в различных схемах.

Это усилитель с высоким коэффициентом усиления, состоящий из биполярных транзисторов или полевых транзисторов, который часто питается как положительным, так и отрицательным напряжением питания. Впервые он был разработан Fairchild Semiconductor в 19 году.63.

В этом руководстве мы узнаем об основах, характеристиках, схемах, конфигурации контактов и приложениях операционного усилителя IC или Op-Amp 741 или LM741. Вы также можете проверить микросхему двойного аудиоусилителя LM358 , которая имеет пару схем операционного усилителя.

---

Характеристики

Ниже приведены основные характеристики ОУ IC 741:

• Входное сопротивление более 100 кОм.
• Выходное сопротивление меньше 100 Ом.
• Диапазон частот от 0 Гц до 1 МГц.
• Низкое напряжение смещения и ток.
• Коэффициент усиления по напряжению составляет около 2 00 000.

---

Технические характеристики

Ниже приведены основные технические характеристики операционного усилителя IC 741:

• Источник питания: Для правильной работы требуется минимальное питание 5 В и может работать до 18 В.
• Входное сопротивление: около 2 МОм.
Выходное сопротивление
• : около 75 Ом.
• Коэффициент усиления по напряжению: 2 00 000 для минимального диапазона частот.
• Скорость нарастания (скорость, с которой операционный усилитель может обнаружить изменение напряжения): 0,5 В/мкс.
• Входное смещение: в диапазоне 2–6 мВ.
• Выходная нагрузка: рекомендуется более 2 кОм.
• Максимальный выходной ток: 20 мА.

Примечание: Для работы операционного усилителя в качестве усилителя напряжения рекомендуется использовать высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Этот импеданс делает операционный усилитель IC 741 практически идеальным усилителем напряжения. Вышеупомянутые характеристики являются общими и могут варьироваться в зависимости от производителя.

---

Конфигурация контактов ИС операционного усилителя 741

Символ и конфигурация контактов операционного усилителя 741 показаны ниже. Схема состоит из восьми выводов. Среди них контакты 2, 3 и 6 являются наиболее значимыми контактами, где контакты 2 и 3 представляют инвертирующие и неинвертирующие клеммы соответственно, а контакт 6 представляет выходное напряжение. Контакт 8 неактивен в цепи.

Число 741 в названии означает, что есть 7 активных контактов, 4 контакта (контакт 2,3,4,7) могут принимать входные данные и 1 контакт (контакт 6) является выходным контактом. Треугольная форма ИС представляет собой интегральную схему операционного усилителя.

Функциональность каждого контакта следующая:

Контакты источника питания (контакты 4 и 7):

Контакты 4 и 7 являются отрицательными и положительными клеммами питания соответственно. Питание, необходимое для работы микросхемы, поступает от обоих этих контактов. Уровень напряжения между этими контактами может быть в диапазоне от 5В до 18В.

Входные контакты (контакты 2 и 3):

Контакты 2 и 3 являются входными контактами микросхемы операционного усилителя. Контакт 2 считается инвертирующим входом, а контакт 3 считается неинвертирующим входом. Когда напряжение на выводе 2 больше, чем напряжение на выводе 3, т. е. напряжение на инвертирующем входе выше, то выходной сигнал низкий. Точно так же, когда напряжение на контакте 3 больше, чем напряжение на контакте 2, т. е. напряжение на неинвертирующем входе выше, выходной сигнал высокий.

Выходной контакт (контакт 6):

Контакт 6 является выходным контактом операционного усилителя IC 741. Выходное напряжение на этом контакте зависит от уровня напряжения на входных контактах и ​​используемого подхода обратной связи. Когда напряжение на этом выводе высокое, это означает, что выходное напряжение аналогично положительному напряжению питания. Точно так же, когда напряжение на этом выводе низкое, это означает, что выходное напряжение аналогично отрицательному выходному напряжению.

Смещение нулевого контакта (контакт 1 и контакт 5):

Контакты 1 и 5 используются для смещения напряжения в операционном усилителе IC 741. Из-за более высокого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя IC 741 даже минимальное изменение напряжения на инвертирующих и неинвертирующих входах, вызванное неисправностями в процессе строительства или другие внешние помехи могут повлиять на выходное напряжение. Чтобы преодолеть этот эффект, к контактам 1 и 5 можно приложить значение смещения напряжения, и обычно это делается с помощью потенциометра.

Не подключен Контакт (Контакт 8):

Контакт 8 не подключен к какой-либо схеме внутри операционного усилителя IC 741. Это просто контакт, используемый для заполнения пустого пространства в стандартных 8-контактных корпусах.

---

Принцип работы и внутренние схемы Операционный усилитель IC 741

Стандартный операционный усилитель IC 741 состоит из схемы, содержащей 20 транзисторов и 11 резисторов. Все эти транзисторы и резисторы объединены в единую монолитную микросхему. Внутренние соединения этих компонентов показаны на рисунке ниже.

Здесь инвертирующие и неинвертирующие выводы подключены к транзисторам Q1 и Q2 соответственно. Оба транзистора Q1 и Q2 работают как эмиттеры NPN. Выходы транзисторов Q1 и Q2 подключены к паре транзисторов Q3 и Q4. Этот тип конфигурации изолирует оба входа транзисторов Q3 и Q4 и предотвращает возможную обратную связь, которая может иметь место.

Колебания напряжения на входе операционного усилителя могут повлиять на протекание тока во внутренней цепи, а также повлиять на эффективный рабочий диапазон транзистора в цепи. Чтобы этого не произошло, используются два токовых зеркала. Пара транзисторов (Q8, Q9) и (Q12, Q13) соединены таким образом, что образуют две зеркальные схемы.

Транзисторы Q8 и Q12 используются как регулирующие транзисторы, задающие уровень напряжения на переходе эмиттер-база (ЭБ) для соответствующей пары транзисторов. Этот уровень напряжения можно точно отрегулировать до нескольких десятичных милливольт, чтобы обеспечить требуемую величину тока.

Первая зеркальная схема, разработанная Q8 и Q9, связана с входной схемой, а вторая зеркальная схема, разработанная Q12 и Q13, связана с выходной схемой. Кроме того, третья зеркальная схема, разработанная Q10 и Q11, функционирует как высокоимпедансное соединение между входом и отрицательным источником питания. Он обеспечивает опорное напряжение без влияния нагрузки на входную цепь.

Транзистор Q16 вместе с резисторами 4,5 кОм и 7,5 кОм образуют схему сдвига уровня напряжения, которая снижает уровень напряжения от схемы усилителя на входной секции на Vin, прежде чем он будет передан в следующую схему. Это сделано для предотвращения искажения сигнала в секции выходного усилителя.

Транзисторы Q15, Q19 и Q22 предназначены для работы в качестве усилителя класса А, а транзисторы Q14, Q17 и Q20 образуют выходной каскад операционного усилителя IC 741.

Чтобы сбалансировать любые неравномерности на входной фазе дифференциальной схемы, транзисторы Q5, Q6 и Q7 должны формировать конфигурацию, которая имеет нулевое смещение +ve и -ve и уравновешивает как инвертирующий, так и неинвертирующий входы соответственно.

---

Конфигурация с разомкнутым контуром

Самый простой подход к реализации операционного усилителя IC 741 — использовать его в конфигурации с разомкнутым контуром. Конфигурация разомкнутого контура находится в инвертирующем и неинвертирующем режимах.

---

Инвертирующий операционный усилитель

В инвертирующем операционном усилителе IC 741 контакты 2 и 6 используются как входные и выходные контакты. Входное напряжение подается через контакт 2, а выходное напряжение снимается с контакта 6, что приводит к обратной полярности. Когда входное напряжение положительное, выход будет отрицательным, а когда входное напряжение отрицательным, выход будет положительным. Следовательно, усилитель называется инвертирующим усилителем.

Принципиальная схема и входной сигнал для инвертирования операционного усилителя показаны на рисунке ниже.

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется по формуле:


Коэффициент усиления (Av) = -(R2/R1) ; где R2 — резистор обратной связи

Здесь отрицательный знак указывает на то, что полярность выходного напряжения обратная. Регулируя значение R1 и R2, можно добиться желаемого усиления.

---

Неинвертирующий операционный усилитель

В неинвертирующем операционном усилителе IC 741 контакты 3 и 6 используются как входные и выходные контакты. Входное напряжение подается через контакт 3, а выходное напряжение снимается с контакта 6, сохраняя ту же полярность, что и входное напряжение. Когда входное напряжение положительное, выход будет положительным, а когда входное напряжение отрицательным, выход также будет отрицательным. Следовательно, усилитель называется неинвертирующим усилителем.

Принципиальная схема и форма входного сигнала для инвертирования операционного усилителя показаны на рисунке ниже.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется по формуле


Коэффициент усиления (Av) = 1 + (R2/R1) ; где R2 — резистор обратной связи

Путем регулировки значений R1 и R2 можно добиться желаемого усиления. Когда резистор обратной связи R2 равен нулю, коэффициент усиления выходит за единицу, и операционный усилитель ведет себя как повторитель напряжения или буфер единичного усиления.

---

Применение ИС операционного усилителя 741

Существует множество электронных схем, разработанных с использованием ИС операционного усилителя 741. Ниже приведены некоторые важные области применения ИС операционного усилителя 741.

• Он используется в различных усилителях, таких как логарифмические и антилогарифмические усилители, дифференциальные усилители и т. д., для усиления сигналов различных частот в диапазоне от постоянного тока до более высоких радиочастот.
• Используется для выполнения различных математических операций, таких как сложение, вычитание, деление, умножение, дифференцирование, интегрирование и т. д.
• Используется в компараторах напряжения для сравнения сигналов напряжения.
• Он используется в генераторах для генерации сигналов различных форм, таких как синусоидальные, прямоугольные, треугольные и т. д. Он также используется в широтно-импульсных модуляторах (ШИМ-генераторах).
• Используется в регулируемом блоке питания.
• Используется в активном фильтре.
• Он используется в АЦП и ЦАП для создания преобразователей, которые преобразуют аналоговые сигналы в двоичные формы и двоичные формы в аналоговые сигналы.
• Используется для преобразования тока в напряжение и напряжения в ток.