Principes de base de l'IC 741 (amplificateur opérationnel) | Circuit de travail | Les caractéristiques

PRESENTATION :

Les amplificateurs opérationnels sont largement utilisés dans nos amplificateurs audio, à l'intérieur des ordinateurs (c'est-à-dire DAC et ADC, etc.), amplificateur instrumental (c'est-à-dire utilisé dans les industries pour la détection), comparateurs, oscillateurs, filtres, amplificateurs log et antilog, V-I et I-V convertisseurs, intégrateurs, différenciateurs, générateurs d'ondes à l'intérieur de 555 temporisateurs, etc.

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'il y a à l'intérieur d'un ampli-op (IC 741) ? , comment il est configuré pour exécuter diverses fonctions comme mentionné ci-dessus et quelles sont ses caractéristiques. J'espère que cet article vous fournira les connaissances de base sur l'amplificateur opérationnel.

Comme son nom l'indique AMPLIFICATEUR OPÉRATIONNEL, que penserez-vous du mot OPÉRATIONNEL ?. Si vous pensez aux opérations mathématiques, vous avez raison. Il s'agit d'un appareil conçu à l'origine pour effectuer une opération mathématique (c'est-à-dire l'addition, la soustraction, l'intégration et la différenciation) et pour traiter des signaux analogiques. Avec l'ajout de composants externes appropriés, les amplificateurs opérationnels modernes peuvent être utilisés pour une variété d'applications, comme mentionné ci-dessus. Il peut également être utilisé pour amplifier les signaux AC et DC, le mot AMPLIFICATEUR fait référence à l'augmentation de la force d'un signal.

Il s'agit d'un amplificateur à très haut gain composé d'amplificateurs différentiels, composé d'un traducteur de niveau et d'un étage de sortie. OP-amp est essentiellement une configuration de transistors avec une valeur appropriée de résistances.

PRENDONS UN BREF AVIS SUR IC 741 :

En 1965, Fairchild a introduit l'uA709 qui est un ampli-op de première génération. Il présente plusieurs inconvénients, ce qui nécessite des composants externes pour sa protection. L'inconvénient est :il n'y a pas de protection contre les courts-circuits, de problème de verrouillage, de problème de compensation de fréquence nécessitant des composants externes (c'est-à-dire 2 condensateurs et une résistance).

En 1968, Fairchild a introduit uA741 une propriété compensée interne. Contrairement à uA709, il n'a pas de problème de verrouillage, protégé contre les courts-circuits et la stabilité de fréquence. uA741 est également connu sous le nom d'amplificateur opérationnel de deuxième génération.

IDENTIFICATION IC ET CONFIGURATION PIN DE IC 741

De nos jours, de nombreux fabricants produisent 741 amplificateurs opérationnels. Comment pouvons-nous identifier 741 amplificateurs opérationnels fabriqués par un fabricant particulier. De nombreux amplificateurs opérationnels sont identifiés à l'aide d'un code d'identification à sept caractères. Par exemple

Premièrement, le préfixe identifie un fabricant particulier. Deuxièmement, le désignateur qui nous dit deux choses ((i) le nombre à trois chiffres identifie le type d'ampli-op. (ii) la dernière lettre indique la température de fonctionnement d'un ampli-op particulier). Troisièmement, le suffixe indique le type de packages.   

Les broches 7 et 4 sont utilisées comme broches d'alimentation, à la broche 7 l'alimentation positive doit être connectée et à la broche  4 l'alimentation négative doit être connectée. Il a deux entrées (c'est-à-dire que l'une est la broche d'entrée inversée 2 et l'autre est la broche d'entrée non inversée 3). La broche 1 et la broche 5 sont des broches nulles décalées, un potentiomètre (valeur typique de 10k) est connecté entre ces bornes pour régler la sortie sur zéro. La broche 8 n'a aucun lien avec le circuit interne de l'ampli-op, elle est conçue pour remplir complètement le circuit intégré standard à 8 broches.

CIRCUIT INTERNE DE L'OP-AMP IC741 :

Fondamentalement, le circuit intégré d'amplificateur opérationnel à transistor bipolaire 741 comprend 20 transistors BJT. Maintenant, pour comprendre le circuit interne, divisons le circuit en différents blocs.

1. Le bloc entouré en bleu comprend un amplificateur différentiel.
2. Les blocs entourés en rouge comprennent les miroirs actuels.
3. Le bloc souligné en magenta, comprend un amplificateur de classe A (c'est-à-dire un amplificateur de tension)
4. Le bloc entouré de vert et de cyan comprend un traducteur de niveau et un amplificateur de sortie (c'est-à-dire un amplificateur de classe AB).

Déterminons maintenant chacun des blocs :

L'amplificateur différentiel comprend premièrement un suiveur d'émetteur NPN adapté Q1 et Q2 qui fournit une impédance d'entrée élevée et fournit un gain, deuxièmement, une base commune adaptée Q3 et Q4 transistors PNP qui sont utilisés pour piloter la charge active Q7, Q5 et Q6. Q5 et Q6 sont la paire adaptée et remplissent la fonction d'amplificateur différentiel pour le signal d'entrée nul décalé. Le courant de Q5 &Q6 est contrôlé en faisant varier un potentiomètre 10k connecté entre les broches d'entrée 1&5. Les transistors Q1 et Q3 sont en cascade en série et Q2 et Q4 sont également en cascade, ce qui fournit un gain élevé lorsque l'entrée est appliquée à ses bornes d'entrée. L'amplificateur différentiel a également la capacité de rejeter les signaux communs (c'est-à-dire les bruits communs aux deux bornes d'entrée).

Les miroirs de courant comprennent (Q8-Q9) et (Q12-Q13) sont configurés comme miroir de courant Wilson. Alors que les transistors Q10-Q11 sont configurés comme un miroir de courant plus large, ces miroirs de courant maintiennent un courant de repos constant vers le circuit pour un fonctionnement stable.

L'amplificateur de classe A se compose de deux transistors NPN Q15 et Q19 qui sont configurés comme une paire Darlington et fournissent un gain de tension, le transistor Q22 est utilisé pour empêcher un excès de courant fourni à Q20 (c'est-à-dire un transistor dissipateur qui reçoit le courant de la paire Darlington à collecteur commun) .

Transistor Q16 avec résistance 4.5k et 7.5k (connu sous le nom de décalage de niveau de tension), ce circuit utilise pour empêcher le signal de sortie de se déformer. Maintenant, l'amplificateur à l'étage de sortie dans un amplificateur de classe AB (composé de Q14, Q17 et Q20). Q14 et Q20 sont des amplificateurs de classe AB complémentaires qui fournissent une impédance de sortie (généralement de 50 à 75 Ohms) et fournissent un gain de courant. Alors que Q17 limite le courant à la sortie.

Le courant du miroir de courant (Q8 et Q9) est divisé en l'amplificateur différentiel composé de (Q1-Q3) et (Q2-Q4). Maintenant, le courant des transistors à base commune (Q3 et Q4) est additionné au courant du miroir de courant plus large (Q10 et Q11), Q7 est utilisé pour piloter Q5 et Q6. Le courant de repos est défini dans Q16 et Q19 est défini en raison du miroir de courant de Wilson (Q12 et Q13). La valeur de 30pF est utilisée pour la compensation de fréquence.

CONFIGURATION DE L'OP-AMP(IC 741) :

Deux configurations principales d'ampli-op

1) Configuration en boucle ouverte :dans cette configuration, le 741IC peut être utilisé comme amplificateur à très haut gain. En boucle ouverte, le gain est idéalement infini donc la sortie va saturer soit en tension d'alimentation positive, soit en tensions d'alimentation négatives. Ce système en boucle ouverte a trois configurations de base :

a) AMPLIFICATEUR DIFFÉRENTIEL :
b) AMPLIFICATEUR INVERSEUR :
c) AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR :

2) Configuration en boucle fermée :dans cette configuration, il est connecté en tant qu'arrangement de rétroaction négative. Le réseau de rétroaction passe par une résistance (c'est-à-dire un composant passif)

a) AMPLIFICATEUR NON INVERSEUR : l'entrée est appliquée à la borne d'entrée non inverseuse. Le gain peut être calculé en utilisant la valeur des résistances. Rf est la résistance de rétroaction.

Moy =1 + (Rf / R1)

b) AMPLIFICATEUR INVERSEUR :l'entrée est appliquée à la borne inverseuse.

       Av=– (Rf / R1)

c) AMPLIFICATEUR DIFFÉRENTIEL :dans cette entrée est appliqué aux deux entrées, ce qui amplifiera la différence entre les deux entrées.

Av=

d) SUIVEUR DE TENSION :Il s'agit d'un arrangement utilisant un amplificateur non inverseur, dans ce cas, au lieu de donner une rétroaction à travers une résistance, nous court-circuiterons la rétroaction Rf et ouvrirons R1. Le gain du circuit de rétroaction sera réduit à (Av =1), il est utilisé comme tampon. En cela, la sortie est égale à l'entrée. Par exemple, utilisé dans l'amplificateur d'instrumentation, pour capter un très petit signal (c'est-à-dire en mV) d'un transducteur.

CARACTÉRISTIQUES DE L'IC 741(OP-AMP) :

1) COURANT DE BIAIS D'ENTRÉE :

Étant donné que l'ampli-op comprend des transistors BJT, un amplificateur différentiel qui nécessite un courant de polarisation continu pour un fonctionnement stable. La valeur du courant de polarisation continu de repos tiré par l'amplificateur opérationnel est appelée courant nominal de polarisation d'entrée d'un amplificateur.

uA741 la valeur est comprise entre 80 nA (typique) et 500 nA (maximum). Le courant de polarisation d'entrée est la moyenne de deux courants de base d'entrée.

I(biais) = ( I(b1) + I(b2)  ) / 2

2) COURANT DE DÉCALAGE D'ENTRÉE :

La différence entre le courant dans les bornes d'entrée inverseuses et non inverseuses est appelée courant de décalage d'entrée. Il nous indique à quel point un courant est important par rapport à un autre. 741 a typiquement 20nA de ce courant.

Plus le courant de décalage est petit, meilleur est l'ampli-op.

I(b1)= courant de borne d'entrée non inverseur

I(b2)=courant borne d'entrée d'inertage

Je(io)=| Je(b1) – Je(b2)  |

3) TENSION DE DÉCALAGE D'ENTRÉE :

Cette tension est appliquée entre deux bornes d'entrée pour rendre la sortie d'un ampli-op nulle. 741 a une tension de décalage d'entrée dans le pire des cas de 5 mV.

4) VITESSE DE VOL :

Le taux de balayage identifie la quantité de fréquence maximale à l'entrée appliquée afin d'éviter la distorsion de la sortie. 741 a une vitesse de balayage typique de 0,5 volt par microseconde (V/us). Elle est mesurée en appliquant une impulsion à l'aide du générateur de fonctions à l'entrée tout en connectant les voies de l'oscilloscope à l'entrée et à la sortie (réglez l'oscilloscope en mode double). C'est un paramètre très important.

5) Charge de sortie :

Il nécessite une charge à une sortie supérieure à 2k Ohm. Il a une impédance d'entrée d'environ 2 mégaohms et une impédance de sortie entre (50-75) ohms. Son gain en boucle ouverte est d'environ 200 000 pour les basses fréquences.

RÉPONSE EN FRÉQUENCE :

En boucle ouverte, l'ampli-op 741 a un gain très élevé, cette réponse n'est pas très bonne. Pour améliorer le gain, nous appliquons un réseau de rétroaction négative, en appliquant un réseau de rétroaction négative, le gain commence à chuter de façon assez spectaculaire, en appliquant plus de rétroaction négative, la bande passante devient plus large. (la bande passante fait référence aux plages de fréquences prises en charge par l'ampli-op).