Comprendre l'Amplificateur Opérationnel 741 : Guide Complet

Le nouveau et amélioré Amplificateur Opérationnel à Circuit Intégré 741 s'impose rapidement dans le domaine technologique. Outre l'offre de flexibilité de circuit dans les circuits analogiques, il a fait un long chemin dans son application dans les ordinateurs analogiques. Avec plusieurs broches en place, soit 8 au total, l'Amplificateur Opérationnel IC 741 effectue sa fonction efficacement tout en dépendant du retour extérieur pour la régulation. De plus, son application dans les circuits et dispositifs électroniques le rend approprié et sûr.
Pour en savoir plus sur l'importance de cet amplificateur sur son mécanisme d'action, ses spécifications et ses applications, continuez à lire.

1. Qu'est-ce que l'Amplificateur Opérationnel 741 ?

Généralement, un amplificateur opérationnel, également connu sous le nom d'Amp Op, est un circuit intégré à état solide à gain de tension élevé (environ 100dB). Sa conception est principalement recommandée pour l'exécution de calculs analogiques. C'est-à-dire que son rôle est d'effectuer des opérations mathématiques telles que l'intégration, la soustraction, la différentiation, l'addition, entre autres.

De plus, combiné avec des composants externes, par exemple, des condensateurs et des résistances, pour produire un mécanisme de rétroaction obligatoire, vous pouvez l'utiliser comme amplificateur. De plus, vous pourriez le transformer en comparateur ou filtre.

Indubitablement, il existe une variété de CI Amp Op constituant les composants vitaux de la circuitry analogique. Cependant, nous nous concentrerons spécifiquement sur l'Amp Op couramment utilisé, le CI 741 Amp Op.

Définition du CI 741 Amp Op

Un CI 741 amp-op comprend le circuit Amp Op à usage général mais avec une caractéristique exceptionnelle d'une puce monolithique dans le circuit intégré.

Les semi-conducteurs Fairchild ont eu la première fabrication d'un amp-op 741 en 1963. Depuis lors, 741 a été un indicateur de cet amplificateur opérationnel par lequel il a une broche de sortie, quatre broches d'entrée et sept broches fonctionnelles.

Caractéristiques d'un Amp Op 741

Le circuit intégré Amp Op a les caractéristiques suivantes :

• Premièrement, un gain de tension d'environ 200000.
• Ensuite, une plage de fréquence de la signalisation de l'amplificateur de 0Hz à 1MHz.
• De plus, la sortie est inférieure à 100 ohms.
• Impédance d'entrée supérieure à 100 kilo-ohms.
• Finalement, faible tension de décalage et courant de décalage d'entrée.

2. Spécifications du CI 741 Amp Op

Certaines de ses spécifications de base sont :

• Alimentation électrique : Il peut gérer une tension de 5V, tandis que le maximum peut aller jusqu'à 18V
• Impédance de sortie : Environ 75Ω.
• Impédance d'entrée : Environ 300 KΩ à 2MΩ (mégaohms)
• Gain de tension : Peut être de 20000 à 200000 dans les cas de basses fréquences (20 ou 200V/mV)
• Courant de sortie maximum : Environ mA.
• Plage de décalage d'entrée : A une plage de 2mV à 6mV.
• Taux de variation (Slew rate) : Constant à 0,5 V/µS (microseconde) – un taux idéal d'Amp Op par lequel il peut facilement détecter les changements de tension.
• Charge de sortie : Souvent plus de 2KΩ (Kilo Ohms).
• Bande passante : À 500KHz à 1,5MHz.
• Température de fonctionnement : De 0° à 70°C.
• Réponse transitoire : Elle inclut le temps de montée et le pourcentage de dépassement. Ensuite, elle est inversement liée à la bande passante à gain unitaire de l'Amp Op.

Pour résumer, de telles spécifications, en particulier la note de gain élevé, la petite sortie et les hautes impédances d'entrée, garantissent presque le CI 741 comme l'amplificateur de tension le plus approprié. Par conséquent, cela le rend plus simple pour entrer un signal de courant CC ou CA à l'entrée pour augmenter la chance d'obtenir un niveau plus élevé à la sortie.

(Amp Op idéal).

Cependant, les spécifications varieront parfois d'un fabricant à l'autre. Par conséquent, référez-vous à la fiche technique pour la précision avant de travailler sur l'amplificateur.

3. Fonctionnement du CI 741 Amp Op

Ci-dessous est un diagramme de circuit d'un 741 Amp Op standard avec 20 transistors et 11 résistances, incorporés dans une puce monolithique.

Principe de fonctionnement

• Premièrement, les entrées non-inversante et inversante ont une connexion avec les transistors NPN, Q2 et Q1, respectivement. Ces deux transistors assimilent les suiveurs d'émetteur NPN et alimentent leurs sorties aux transistors PNP, Q3 et Q4. La paire PNP agit comme amplificateur à base commune et isole la tension d'entrée tout en empêchant une occurrence possible de rétroaction de signal.

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

(un amplificateur différentiel fait avec des transistors NPN)

Ensuite, il y a l'arrangement des paires de transistors Q13, Q14, et Q9, Q8, qui forment deux circuits de miroir de courant. Majeur, le but des deux miroirs de courant est d'empêcher un changement de flux de courant dans le circuit interne pendant les oscillations de tension d'une entrée d'Amp Op. De plus, il réduit les chances d'un remplacement en maintenant la plage de fonctionnement active des transistors.

Troisièmement, les transistors de contrôle, Q12 et Q8, définissent la tension base-émetteur de l'autre transistor dans la paire correspondante.

De plus, pour permettre seulement la quantité nécessaire de flux de courant, vous maintiendrez la tension au niveau de fractions de millivolts. Plus tard, le circuit d'entrée se couple avec les premiers miroirs de courant Q9 et Q8 et rejoint ensuite le circuit de sortie avec le second miroir de courant, Q13, et Q12.

De plus, les transistors Q11 et Q10 forment le troisième miroir de courant.

Les deux, ayant une connexion à haute impédance, connectent le négatif de l'alimentation électrique et le circuit d'entrée. Cela donne une tension de référence sans donner de charges au circuit d'entrée. De plus, il introduit un petit courant de polarisation d'entrée de base, une exigence des transistors PNP à l'entrée du circuit amplificateur à base commune.

Les résistances 4,5 KΩ et 7,5 KΩ et le transistor Q15 empêchent la distorsion des signaux à l'étape de l'amplificateur de sortie en formant un circuit de décalage de niveau de tension. Le circuit de décalage fonctionne en abaissant la tension du circuit amplificateur d'entrée de 1V avant de passer au circuit suivant.

Encore une fois, vous pouvez utiliser les transistors Q20, Q17 et Q14 pour former l'étage de sortie de l'Amp Op 741. Ensuite, les transistors Q22, Q19 et Q15 fonctionneront comme amplificateurs de classe A.

Finalement, les transistors Q7, Q6 et Q5 équilibrent les éventuelles failles se produisant au circuit différentiel d'entrée. Souvent, leur arrangement leur permet de prendre deux entrées, (un décalage nul positif et un décalage nul négatif) puis de procéder à l'équilibrage des entrées non-inversantes et inversantes.

Note ; La conception de l'Amp Op 741 n'a pas un gain constant. Sa variation dépend de la fréquence du signal d'entrée. C'est-à-dire, à mesure que la fréquence du signal d'entrée augmente, il y a une réduction du gain et des fréquences d'environ 100000 Hz.

4. Brochage de l'Amp Op 741

Amp Op 741 – Broche 2 et Broche 3 (Entrée)

Ce sont les broches d'entrée, avec la broche 3 comme entrée non-inversante et la broche 2 comme entrée inversante pour le circuit intégré. Les deux broches fonctionnent simultanément en ce sens qu'une tension plus grande à la broche 2 que celle de la broche 3 (tension plus élevée à l'entrée inversante) abaisse le signal de sortie. D'autre part, une tension plus grande à la broche 3 qu'à la broche 2 (tension plus élevée à l'entrée non-inversante) fait monter le signal de sortie.

Amp Op 741 – Broche 4 et Broche 7 (Alimentation)

Le CI 741 tire son alimentation de ces deux broches, la broche 4 et la broche 7, pour exécuter son opération. La broche 4 agit comme l'alimentation de tension du terminal -ve, tandis que la broche 7 est l'alimentation de tension du terminal +ve. De plus, la tension à la broche 4 et à la broche 7 fonctionne entre 5V et 18V.

Amp Op 741 – Broche 6 (Sortie)

La broche 6 est la broche de sortie du CI 741. Sa tension dépend principalement du mécanisme de rétroaction en usage et d'un signal d'entrée aux broches d'entrée. À tout moment, un signal de sortie élevé indique que la tension de sortie est similaire à la tension d'alimentation positive. De même, une sortie faible indiquerait une tension de sortie qui est égale à une alimentation négative.

Amp Op 741 – Broche 1 et Broche 5 (Décalage Nul)

Comme dans les spécifications, un amp-op 741 fournit une note de gain élevée. Ainsi, il peut y avoir des irrégularités pendant le processus de fabrication ou des perturbations externes se produisant en raison de différences de tension dans les entrées inversantes et non-inversantes. Par conséquent, cela peut perturber la sortie.

Et donc, le but de la broche 1 et de la broche 5 est d'annuler l'effet en appliquant une tension de décalage d'entrée. Pour réaliser l'application, vous utiliserez un potentiomètre.

Broche 8 (N/C)

Une broche 8 a zéro connexion à tout circuit dans la connexion interne d'un amp-op CI 741. Son rôle est principalement d'être une fausse broche qui remplit les espaces vides dans un boîtier standard à 8 broches.

5. Types d'Amp Op en Utilisation

La meilleure façon d'utiliser le CI 741 Amp Op est de l'implémenter dans la configuration en boucle ouverte. La configuration est dans les entrées non-inversantes et inversantes.

Amplificateur Inversant

Comme nous l'avions vu, la broche 6 et la broche 2 sont les broches de sortie et d'entrée, respectivement. Une tension passée à la broche 2 donne une sortie à la broche 6. Une polarité +ve de l'entrée broche 2 mène à une polarité -ve à la sortie broche 6. Par conséquent, l'entrée sera toujours opposée à la sortie.

https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier_applications#/media/File:Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg (configuration d'amplificateur inversant).

Pour calculer le circuit d'amp-op inversant, utilisez la formule ;

A = -Rf/R1

Le signe négatif est une indication de la polarité de la forme d'onde de sortie étant en inverse.

Amplificateur Non-Inversant

Avec cet amplificateur, la broche 6 est toujours la broche de sortie alors que la broche d'entrée change à la broche 3. Une tension donnée à la broche 3 résultera en une sortie de la broche 6. Une polarité positive à l'entrée broche 3 mène à une autre polarité positive sur la sortie broche 6. De cette façon, la sortie n'est pas du côté opposé.

Pour calculer le circuit d'amp-op non-inversant, utilisez la formule ;

A = 1+ (Rf/R1)

Amplificateur Différentiel

Comme son nom l'indique, un amplificateur différentiel amplifie la différence de tension présente dans les entrées non-inversantes et inversantes.

Pour son calcul, utilisez la formule ;

Vout = R3R1 (V2-V1)

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

(illustration de la formule)

6. Application de l'Amplificateur Opérationnel 741

Quelques-unes des applications à large gamme du CI 741 Amp Op incluent :

Dans les Générateurs

Un amp-op 741 est applicable ici comme oscillateur dans les générateurs standard pour générer des formes d'onde de sortie variées, par exemple, les ondes triangulaires, sinusoïdales, carrées, pour en nommer quelques-unes. De plus, vous trouverez son application dans les Modulateurs de Largeur d'Impulsion / générateurs PMW.

Création de DAC ou ADC

Vous pouvez utiliser un amp-op 741 pour produire des circuits analogique-numérique ou vice versa. Dans les cas de convertisseurs numérique-analogique, il utilisera l'entrée binaire numérique dans les microcontrôleurs ou ordinateurs pour créer un signal analogique similaire.

(puces microcontrôleur)

Amp Op 741 – Dans les Redresseurs

Les diodes régulières ont généralement des chutes de tension les rendant inappropriées pour les redresseurs de signaux de haute précision. L'Amp Op 741 peut agir à la place d'une diode pour éliminer la chute de tension.

Réalisation de Tâches Computationnelles

La plupart des circuits électroniques effectuant des tâches mathématiques telles que la sommation, la différentiation, etc., utilisent un amp-op 741.

De nombreux autres dispositifs qui utilisent un amplificateur opérationnel 741 sont ;

Oscillateur de Fréquence Audio Variable.

(un amplificateur audio avec CI Amp Op 741).

• Mètre de polarité CC volt.
• Interrupteur tactile thermique.
• Thermomètre électronique de pièce.
• Mélangeur audio pour quatre canaux.

Conclusion

Pour conclure, nous avons réussi à aborder la définition d'un CI 741 Amp Op, ses caractéristiques, spécifications produit, brochage et applications. Elles constituent les bases d'un amplificateur opérationnel 741. Pour plus de détails, demandes, ou plus de compréhension du sujet, contactez-nous. Nous sommes à votre service en tout temps.