IC 741（オペアンプ）の基礎 |回路作業 |特徴
はじめに:
オペアンプは、オーディオ アンプ、内部コンピュータ (DAC や ADC など)、計装アンプ (産業でセンシングに使用)、コンパレータ、オシレータ、フィルタ、ログおよびアンチログ アンプ、V-I および I-V で広く使用されています。コンバーター、積分器、微分器、内部 555 タイマー ウェーブ ジェネレーターなど。
基本的にオペアンプ (IC 741) の内部には何が入っているか考えたことがありますか? 、上記のようにさまざまな機能を実行するためにどのように構成されているか、およびその特徴は何ですか。この記事で、オペアンプに関する基本的な知識が得られることを願っています。
その名前がオペレーショナルアンプを意味するように、オペレーショナルという言葉についてどう思いますか?.あなたが数学的操作について考えているなら、あなたは正しいです。これは、もともと数学演算 (つまり、加算、減算、積分、微分) を実行し、アナログ信号を処理するために設計されたデバイスです。適切な外付け部品を追加することで、現代のオペアンプは、前述のようにさまざまなアプリケーションに使用できます。また、DC信号だけでなくAC信号の増幅にも使用できます.AMPLIFIERという言葉は、信号の強度を高めることを指します.
レベル変換器と出力段からなる差動アンプで構成された超高利得アンプです。オペアンプは基本的に、適切な抵抗値を持つトランジスタの構成です。
IC 741 について簡単に説明しましょう:
1965 年、フェアチャイルドは第一世代のオペアンプである uA709 を発表しました。いくつかの欠点があり、保護のために外部コンポーネントが必要です。欠点は、短絡保護、ラッチアップの問題、外部コンポーネント (つまり、2 つのコンデンサと抵抗器) を必要とする周波数補償の問題がないことです。
1968年、フェアチャイルドはuA741に内部補償プロパティを導入しました。 uA709 とは異なり、ラッチアップの問題がなく、短絡から保護され、周波数が安定しています。 uA741 は、第 2 世代のオペアンプとしても知られています。
IC 741 の IC 識別とピン配置
最近では、多くのメーカーが 741 個のオペアンプを製造しています。 741オペアンプが特定のメーカーによって製造されていることをどのように識別できますか.多くのオペアンプは、7 文字の ID コードを使用して識別されます。例えば 
まず、プレフィックスは特定のメーカーを識別します。次に、2 つのことを示す指定子 ((i) 3 桁の数字はオペアンプのタイプを識別します。(ii) 最後の文字は特定のオペアンプの動作温度を示します)。 3 番目に、サフィックスはパッケージのタイプを示します。 
ピン 7 とピン 4 は電源ピンとして使用され、ピン 7 ではプラス電源が接続され、ピン 4 ではマイナス電源が接続されます。 2 つの入力があります (つまり、1 つは反転入力ピン 2 で、もう 1 つは非反転入力ピン 3 です)。ピン 1 とピン 5 はオフセット ヌル ピンで、これらの端子間にポテンショメータ (標準値 10k) を接続して、出力をゼロに設定します。ピン 8 はオペアンプの内部回路とは接続されておらず、標準の 8 ピン パッケージ IC を完全に埋めるために作られています。 
IC741 オペアンプの内部回路:
基本的に、741バイポーラトランジスタオペアンプICは20個のBJTトランジスタで構成されています。内部回路を理解するために、回路を異なるブロックに分けてみましょう。
<オール>各ブロックを理解しましょう:
差動アンプは、まず、高入力インピーダンスとゲインを提供する整合 NPN エミッタ フォロワ Q1 &Q2 で構成されます。次に、能動負荷 Q7、Q5 を駆動するために使用される整合ベース共通 Q3 &Q4 PNP トランジスタで構成されます。 Q6. Q5 と Q6 は整合ペアであり、オフセット ヌル入力信号の差動アンプの機能を実行します。 Q5 と Q6 の電流は、入力ピン 1 と 5 の間に接続された 10k ポットを変化させることによって制御されます。トランジスタ Q1 と Q3 は直列にカスケード接続されており、Q2 と Q4 もカスケード接続されており、入力がその入力端子に印加されたときに高いゲインを提供します。差動アンプには、共通信号 (つまり、両方の入力端子で共通のノイズ) を除去する機能もあります。
(Q8-Q9) と (Q12-Q13) で構成されるカレント ミラーは、ウィルソン カレント ミラーとして構成されています。一方、トランジスタ Q10 ～ Q11 はより広い電流ミラーとして構成されており、これらの電流ミラーは、安定した動作のために回路への一定の自己消費電流を維持します。
クラス A アンプは、ダーリントン ペアとして構成され、電圧ゲインを提供する 2 つの NPN トランジスタ Q15 &Q19 で構成されます。トランジスタ Q22 は、Q20 に供給される過剰な電流を防ぐために使用されます (つまり、コモン コレクタ ダーリントン ペアから電流を受け取るシンク トランジスタ)。 .
トランジスタ Q16 と 4.5k および 7.5k の抵抗器 (電圧レベル シフターとして知られています) を組み合わせたこの回路は、出力信号の歪みを防ぐために使用されます。今AB級アンプ（Q14、Q17＆Q20で構成）の出力段のアンプ。 Q14 &Q20 は、出力インピーダンス (通常は 50 ～ 75 オーム) を提供し、電流ゲインを提供する相補的なクラス AB アンプです。一方、Q17 は出力の電流を制限します。
電流ミラー (Q8 と Q9) からの電流は、(Q1-Q3) &(Q2-Q4) で構成される差動増幅器に分割されます。ここで、共通ベース トランジスタ (Q3&Q4) からの電流が、幅の広いカレント ミラー (Q10&Q11) の電流と合計され、Q7 を使用して Q5 と Q6 を駆動します。静止電流は Q16 で設定され、Q19 はウィルソン カレント ミラー (Q12&Q13) によって設定されます。 30pF の値は、周波数補償に使用されます。
オペアンプ (IC 741) の構成:
オペアンプの 2 つの主な構成
1) 開ループ構成:この構成では、741IC を非常に高いゲインのアンプとして使用できます。開ループでは、ゲインは理想的には無限であるため、出力は正の電源電圧または負の電源電圧のいずれかで飽和します。この開ループ システムには、次の 3 つの基本構成があります。
a) 差動アンプ:
b) 反転アンプ:
c) 非反転アンプ:
2) 閉ループ構成:この構成では、負帰還配置として接続されます。フィードバック ネットワークは抵抗を介しています (つまり、受動部品)
a) 非反転アンプ:入力は非反転入力端子に適用されます。ゲインは、抵抗の値を使用して計算できます。 Rf は帰還抵抗です。
平均=1 + (Rf / R1)
b) INVERTING AMPLIFIER:入力は反転端子に適用されます。
Av=– (Rf / R1)
c) DIFFERENTIAL AMPLIFIER:この入力は両方の入力に適用され、2 つの入力の差を増幅します。
平均=
d) VOLTAGE FOLLOWER:非反転増幅器を使用する配置です。これでは、抵抗を介してフィードバックを与える代わりに、フィードバック Rf をショートさせ、R1 をオープンにします。フィードバック回路のゲインは (Av=1) に減少し、バッファーとして使用されます。この場合、出力は入力と等しくなります。たとえば、計装アンプで、トランスデューサから非常に小さな信号 (mV 単位) を取り出すために使用されます。 
IC 741(OP-AMP) の特性:
1) 入力バイアス電流:
オペアンプはBJTトランジスタで構成されているため、安定した動作のためにDCバイアス電流を必要とする差動アンプです。オペアンプによって引き出される静止 DC バイアス電流の値は、アンプの入力バイアス電流定格と呼ばれます。
uA741 の定格は 80nA (通常) から 500nA (最大) です。入力バイアス電流は、2 つの入力ベース電流の平均です。
I(バイアス) =( I(b1) + I(b2) ) / 2
2) 入力オフセット電流:
反転入力端子と非反転入力端子への電流の差は、入力オフセット電流と呼ばれます。これは、ある電流が別の電流よりもどれだけ大きいかを示しています。 741 には、通常、この電流が 20nA あります。
オフセット電流が小さいほど、オペアンプが優れています。
I(b1)=非反転入力端子電流
I(b2)=不活性化入力端子電流
I(io)=| I(b1) – I(b2) |
3) 入力オフセット電圧:
この電圧は、オペアンプの出力をゼロにするために、2 つの入力端子間に印加されます。 741 の最悪の場合の入力オフセット電圧は 5mV です。
4) スルーレート:
スルーレートは、出力の歪みを防ぐために入力に適用される最大周波数の量を示します。 741 のスルー レートは、通常 0.5 ボルト/マイクロ秒 (V/us) です。入力と出力でオシロスコープのチャネルを接続しながら、関数発生器を使用して入力にパルスを印加することによって測定されます (オシロスコープをデュアルモードに設定)。これは非常に重要なパラメーターです。
5) 出力負荷:
2k オームを超える出力で負荷が必要です。入力インピーダンスは約 2 メガオーム、出力インピーダンスは (50 ～ 75) オームです。そのオープン ループ ゲインは、低周波数で約 200,000 です。
周波数応答:
開ループでは、オペアンプ 741 のゲインが非常に高く、この応答はあまり良くありません。ゲインを改善するために、負のフィードバック ネットワークを適用します。負のフィードバック ネットワークを適用すると、ゲインが劇的に低下し始めます。より多くの負のフィードバックを適用すると、帯域幅が広くなります。 （帯域幅は、オペアンプがサポートする周波数の範囲を指します）。
産業技術