Операционный усилитель 741

Операционный усилитель 741

Операционный усилитель 741 (другие обозначения: uA741, μA741) — универсальный интегральных операционный усилитель второго поколения на биполярных транзисторах. Оригинальный μA741 был изобретен в 1968 году Дэвидом Фуллагаром из Fairchild Semiconductor на основе разработанного Бобом Видларом LM101. В отличие от LM101, который основывался на внешнем конденсаторе частотной коррекции, в μA741 этот конденсатор базировался на кристалле ИС. Простота применения μA741 и отличные для своего времени показатели привели к широкому использованию новой схемы и сделали её «типовым» универсальным ОУ.

Структура ОУ

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

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

1. Дифференциальный усилитель

• Входной каскад — обеспечивает усиление при малом уровне шума, высокое входное сопротивление. Как правило, имеет дифференциальный выход.

2. Усилитель напряжения

• Обладает высоким коэффициентом 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

Элемент схемы, обведённый красной линией является токовым зеркалом. Первичный ток, который задаёт все остальные токи, определяется напряжением питания ОУ и резистором 39 kΩ (плюс два падения напряжения на диодном переходе).

Дифференциальный входной каскад

Элемент схемы, обведенный 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.

Выходной каскад

Выходной каскад (обведён голубой линией) класса AB — двухтактный эмиттерный повторитель (Q14, Q20), смещение которого определяется с помощью умножителя напряжения Vbe (Q16 и резисторы, соединённые с его базой). На выходной каскад поступает 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.