Was ist die wahre Schaltung hinter einem Operationsverstärker?

Also, EE-Student im ersten Jahr, und ich habe gerade etwas über Operationsverstärker gelernt. Ich verstehe das ideale Modell und weiß, wie man es analysiert, und verstehe die Idee dahinter / die Schaltung, die uns gezeigt wurde und die sich in ihnen befindet. Außer, dass dies nicht die eigentliche Schaltung ist, sie hat eine abhängige Quelle. Meine Frage ist, was ist eigentlich in einem Operationsverstärker? Wenn wir die abhängige Quelle durch echte Quellen ersetzen würden, was würden wir sehen? (Ich denke, dies ist auch eher eine Frage zu "Was sind eigentlich abhängige Quellen?"). Ich habe überall gesucht und finde immer die gleiche Antwort: "Abhängige Quellen sind nützliche Werkzeuge zum Modellieren einer Schaltung". Aber was sind sie wirklich?

Sogar en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier hat ein Schema von 741.

Antworten (5)

Hier ist ein 35-Dollar-Kit , das Sie herstellen können und das letztendlich einem 741-Operationsverstärker entspricht, der diskrete 13 2N3904- und 7 2N3906-Transistoren verwendet. Es hat acht Anschlussklemmen, die die acht Stifte des Geräts darstellen.

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Hier ist ein Link zum Datenblatt, das den Schaltplan für das Kit (siehe unten) und eine Stückliste enthält.

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Vergleichen Sie das mit einem "echten" 741 aus dem TI-Datenblatt :

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Sie sind praktisch gleich, sogar bis auf die Widerstandswerte.

Es gibt auch ein 11-seitiges "Principles of Operation" , das ziemlich detailliert auf die Funktionsweise eingeht. Und schließlich haben sie ein Wiki .

Beachten Sie auch, dass es in mehreren Bereichen nicht so gut wie ein 741 sein wird, insbesondere bei Offset-Spannung und Drift. Die Eingangstransistoren Q1 und Q2 sind weder angepasst noch thermisch gekoppelt, was für moderne (IC-) Operationsverstärker wichtig ist.
@WhatRoughBeast Deshalb habe ich einen Link zum Datenblatt für das Kit gepostet, damit er die Parameter mit dem TI-Datenblatt vergleichen kann. Trotzdem fand ich es eine ziemlich coole Art, etwas über die Eingeweide eines Operationsverstärkers zu lernen, insbesondere nach der Schaltung, wie sie in den Funktionsprinzipien erklärt wurde. Es behandelt Themen wie Offset-Spannung, einschließlich der Verwendung der Offset-Null-Pins 1 und 5.
"Wir brauchen ein größeres Steckbrett."
Dies ist bei weitem meine Lieblingsantwort auf der gesamten Website! Jetzt muss ich eine Schaltung finden.
Wo kann ich dieses Spielzeug kaufen?
@hkBattousai klicke auf den Link am Anfang der Antwort.
Sie haben auch einen 555 und ein Steckbrett.

" Abhängige Quellen sind nützliche Werkzeuge, um eine Schaltung zu modellieren. Aber was sind sie wirklich? "

Apropos „abhängige Quellen“: Wir unterscheiden zwischen vier verschiedenen steuerbaren (abhängigen) Quellen:

Spannungsgesteuerte Spannungsquelle (VCVS), Stromgesteuerte Spannungsquelle (CCVS), Spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS) und Stromgesteuerte Stromquelle (CCCS).

Beispiele:

  • Transistoren (bipolar und FET): VCCS

  • Operationsverstärker: VCVS

  • Transkonduktanz-Operationsverstärker (OTA): VCCS

  • Aktueller Förderer (zweite Generation, CCII): CCCS.

In Wirklichkeit sind alle abhängigen Quellen nicht ideal (endliche Eingangs- und Ausgangsimpedanzen, frequenzabhängig). Das bedeutet: Reale abhängige Quellen können durch ideale abhängige Quellen in Verbindung mit "parasitären" Elementen (Widerständen, Kondensatoren) modelliert werden.

Danke! Das macht endlich Sinn. Ich verstehe nicht, warum wir dieses Zeug nie in meinem Unterricht behandeln ... Würde definitiv das Verständnis des Themas viel einfacher machen
@MahmudAssamaray Du bist eindeutig, wie ich, ein theoriebasierter Lerner. Man muss die Prinzipien hinter etwas verstehen, bevor man es wirklich verstehen kann. Leider sind wir in der Minderheit und die meisten Lehrveranstaltungen richten sich an Menschen, die die oberflächlichen Details leichter lernen und die Theorie hinter diesen Details zu abstrakt finden, um sie ohne praktische Erfahrung zu verstehen. Versuchen Sie, ein paar andere Lehrbücher als die, die Sie verwenden, durchzusehen. Möglicherweise finden Sie eines, dessen Unterrichtsstil Ihrem Lernstil besser entspricht.
Sind Bipolartransistoren nicht auch CCCS?
Nein - das ist ein weit verbreiteter Irrglaube (leider auch in manchen Lehrbüchern zu finden). Physikalisch gesprochen - nach Shockleys berühmter Gleichung wird der Strom Ic nur von der Basis-Emitter-Spannung Vbe gesteuert. Wie könnten beispielsweise drei positiv geladene Träger von der Basis 333 geladene Träger (negativ) vom Emitter freisetzen (bei einem Beta-Wert von 300)?
@Jules obligatorisch "es gibt buchstäblich Dutzende von uns" ... Es ist ärgerlich, mit meinem Lernstil der einzige in der Klasse zu sein, besonders wenn ich eine Frage stelle, winken meine Professoren normalerweise ab und sagen: "Das ist eine zu tiefgehende Frage für den Geltungsbereich dieser Klasse“. Selbstlernen/Internet/Stackoverflow sind ein Segen. Ich habe noch nie daran gedacht, nach anderen Lehrbüchern zu suchen, danke für den Tipp!
Mahmud, seien Sie sich bewusst, dass Sie selbst in Standard-Lehrbüchern Fehler finden können. Vertrauen Sie nicht blind allen Informationen, nur weil sie irgendwo geschrieben stehen. Denken Sie daran: „Wissenschaft ist eine Kultur des Zweifels.“ (RP Feynmann).

Andere Antworten haben vorgeschlagen, sich mit der Implementierung echter Operationsverstärker wie einem 741 zu befassen, aber um zu lernen, wie sie funktionieren, ist der beste Weg, mit einem vereinfachten System zu beginnen. Der Kern eines Operationsverstärkers ist ein Long-Tailed Pair . Dieser kann isoliert vom Rest eines Operationsverstärkers gebaut und betrieben oder analysiert werden und bietet die grundlegenden Grundlagen dessen, was ein Operationsverstärker ist. Beachten Sie beim Betrachten des 741-Schaltplans, dass die Transistorpaare (Q1, Q3) und (Q2, Q4) die einzelnen Transistoren Q1 und Q2 im Diagramm auf Wikipedia ersetzen. Die Widerstände in der Wikipedia-Schaltung werden durch Transistoren ersetzt, damit das Verhalten dieses Kernverstärkers optimiert werden kann. Der Rest der 741-Schaltung ist im Grunde darauf ausgelegt, die Reaktion dieses Verstärkers zu verbessern (Offsets entfernen, Verstärkung erhöhen, Frequenzgang verbessern usw.) und ist für die grundlegende Arbeit nicht unbedingt erforderlich.

Suchen Sie nach „LM709 Schaltplan“ oder „LM 741 Schaltplan“. Dies waren einige der ersten verfügbaren Operationsverstärker und haben relativ einfache Schaltpläne. Moderne Operationsverstärker basieren auf ähnlichen Prinzipien, haben aber im Allgemeinen komplexere Schaltkreise (weil Transistoren jetzt viel billiger sind und die Leistungsanforderungen ständig steigen).

Auf den Websites der Chiphersteller finden Sie möglicherweise umfangreiche Dokumentationen zu den meisten ICs, einschließlich der Opamps, die Sie tatsächlich in Ihrem Elektroniklabor verwenden. Solche Dokumentationen enthalten oft den Schaltplan. Speziell für Opamp-Chips.

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