Какова истинная схема операционного усилителя?

Итак, мы со студентом первого курса EE только что узнали об операционных усилителях. Я понимаю идеальную модель и знаю, как их анализировать, и понимаю идею, стоящую за ними/схему, которую нам показали, которая находится внутри них. За исключением того, что это не настоящая схема, у нее есть зависимый источник. Мой вопрос: что на самом деле находится внутри операционного усилителя? Если бы мы заменили зависимый источник реальными источниками, что бы мы увидели? (Я предполагаю, что это также больше вопрос о том, «Что такое зависимые источники на самом деле?»). Я искал везде и всегда находил один и тот же ответ: «Зависимые источники — полезные инструменты для моделирования схемы». Но какие они на самом деле?

Даже на en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier есть схема 741.

Ответы (5)

Вот комплект за 35 долларов, который вы можете сделать, который в конечном итоге будет эквивалентен операционному усилителю 741, используя 13 дискретных транзисторов 2N3904 и 7 транзисторов 2N3906. Он имеет восемь зажимов, представляющих восемь контактов устройства.

введите описание изображения здесь

Вот ссылка на таблицу данных, которая включает схему комплекта (показана ниже) и спецификацию.

введите описание изображения здесь

Сравните это с «настоящим» 741 из таблицы данных TI :

введите описание изображения здесь

Они практически одинаковы, даже номиналы резисторов.

Существует также 11-страничный «Принципы работы» , в котором довольно подробно описывается, как это работает. И, наконец, у них есть Wiki .

Также обратите внимание, что он не так хорош, как 741 в некоторых областях, особенно в напряжении смещения и дрейфе. Входные транзисторы Q1 и Q2 не согласованы и не имеют термической связи, что важно для современных (IC) операционных усилителей.
@WhatRoughBeast Вот почему я разместил ссылку на техническое описание комплекта, чтобы он мог сравнить параметры с техническими данными TI. Тем не менее, я подумал, что это довольно крутой способ узнать о внутренностях операционного усилителя, особенно проследить схему, как описано в Принципах работы. Он затрагивает такие темы, как напряжение смещения, включая использование нулевых контактов смещения 1 и 5.
«Нам понадобится большая макетная плата».
Это мой любимый ответ на всем сайте! Теперь надо найти цепь.
Где можно купить эту игрушку?
@hkBattousai нажмите на ссылку в начале ответа.
У них также есть 555 и макетная плата.

« Зависимые источники являются полезными инструментами для моделирования схемы». Но что они собой представляют на самом деле? »

Что касается «зависимых источников»: мы различаем четыре различных контролируемых (зависимых) источника:

Источник напряжения с регулируемым напряжением (VCVS), Источник напряжения с регулируемым током (CCVS), Источник тока с регулируемым напряжением (VCCS) и Источник тока с регулируемым током (CCCS).

Примеры:

  • Транзисторы (биполярные и полевые транзисторы): VCCS

  • Операционный усилитель: VCVS

  • Операционный усилитель крутизны (OTA): VCCS

  • Текущий конвейер (второе поколение, CCII): CCCS.

В действительности все зависимые источники неидеальны (конечные входное и выходное сопротивления, частотно-зависимые). Это означает: Реальные зависимые источники можно смоделировать, используя идеальные зависимые источники в сочетании с «паразитными» элементами (резисторы, конденсаторы).

Спасибо! Это действительно имеет смысл, наконец. Я не понимаю, почему мы никогда не обсуждаем этот материал на моих занятиях... Определенно это значительно облегчит понимание предмета.
@MahmudAssamaray Ты явно, как и я, ученик, основанный на теории. Вы должны понять принципы, лежащие в основе чего-либо, прежде чем вы действительно сможете это понять. К сожалению, мы в меньшинстве, и большая часть обучения предназначена для людей, которые легче изучают поверхностные детали и считают теорию, стоящую за этими деталями, слишком абстрактной, чтобы понять ее без предварительного практического опыта. Попробуйте просмотреть несколько учебников, отличных от тех, которыми вы пользуетесь, возможно, вы найдете тот, в котором стиль преподавания более соответствует вашему стилю обучения.
Разве биполярные транзисторы тоже не CCCS?
Нет - это распространенное заблуждение (к сожалению, встречается даже в некоторых учебниках). Физически говоря - согласно известному уравнению Шокли, ток Ic контролируется только напряжением база-эмиттер Vbe. Как могли, например, три положительно заряженных носителя из базы высвободить 333 заряженных носителя (отрицательных) из эмиттера (при условии бета-значения 300)?
@Jules обязательно «нас буквально десятки » ... Это раздражает быть единственным в классе с моим стилем обучения, особенно когда я задаю вопрос, мои преподаватели обычно отмахиваются и говорят: «это слишком глубокий вопрос для объем этого класса». Самообучение/интернет/stackoverflow – это благословение. На самом деле я никогда не думал искать другие учебники, спасибо за совет!
Махмуд, имейте в виду, что даже в стандартных учебниках можно найти ошибки. Не стоит слепо доверять всей информации только потому, что она где-то написана. Помните: «Наука — это культура сомнений». (РП Фейнман).

В других ответах предлагалось взглянуть на реализацию реальных операционных усилителей, таких как 741, но с точки зрения изучения того, как они работают, лучше всего начать с упрощенной системы. Ядром операционного усилителя является пара с длинными хвостами . Его можно построить и использовать или анализировать отдельно от остальной части операционного усилителя, и он обеспечивает основные принципы того, что такое операционный усилитель .. Глядя на схему 741, обратите внимание, что пары транзисторов (Q1, Q3) и (Q2, Q4) заменяют одиночные транзисторы Q1 и Q2 на схеме в Википедии. Резисторы в схеме Википедии заменены транзисторами, что позволяет оптимизировать поведение этого базового усилителя. Остальная часть схемы 741 в основном предназначена для улучшения отклика этого усилителя (удаление смещений, увеличение усиления, улучшение частотной характеристики и т. д.) и не является строго необходимой для выполнения основной работы.

Найдите «Схема LM709» или «Схема LM 741». Это были одни из первых доступных операционных усилителей с достаточно простой схемой. Современные операционные усилители основаны на аналогичных принципах, но, как правило, имеют более сложные схемы (поскольку транзисторы сейчас намного дешевле, а требования к производительности продолжают расти).

На веб-сайтах производителей микросхем вы можете найти обширную документацию по большинству интегральных схем, включая операционные усилители, которые вы фактически используете в своей лаборатории электроники. Такая документация часто включает принципиальную схему. Особенно для чипов операционных усилителей.

Какова истинная схема операционного усилителя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v