شماتیک داخلی و عملکرد آپ امپ 741

شماتیک داخلی و عملکرد آپ امپ 741:
یک آپ امپ 741 استاندارد از یک مدار شامل 20 ترانزیستور و 11 مقاومت ساخته شده است.

همه این قطعات در در یک تراشه یکپارچه ادغام شده اند. مدار زیر اتصالات داخلی آن اجزا را نشان می دهد.

ورودی معکوس و غیرمعکوس به ترتیب به دو ترانزیستور NPN با نام های Q1 و Q2 متصل می شوند.

هر دو ترانزیستور به عنوان npn امیتر فالوئر رفتار می کنند و خروجی آن ها یک جفت ترانزیستور PNP با نام های Q3 و Q4 را تغذیه می کند و به گونه ای پیکربندی شده اند که به عنوان تقویت کننده های بیس مشترک عمل می کنند.

این پیکربندی ورودی ها را ایزوله و از فیدبک احتمالی سیگنال جلوگیری می کند.

نوسان ولتاژ در ورودی های آپ امپ می تواند جریان در مدار داخلی را تحت تأثیر قرار دهد و ممکن است از محدوده عملکرد فعال هر ترانزیستور موجود در مدار فراتر رود. برای جلوگیری از وقوع این اتفاق، از دو آینه جریان استفاده می شود.

جفت های ترانزیستورهای Q8 و Q9 و همچنین Q12 و Q13 برای تشکیل دو مدار آینه جریان آرایش یافته اند. ترانزیستورهای Q8 و Q12 ترانزیستورهای کنترل کننده هستند که ولتاژ امیتر-بیس ترانزیستور دیگر را در جفت متناظر تنظیم می کنند.

این ولتاژ دقیقاً تا کسری از میلی ولت کنترل می شود تا فقط جریان مورد نیاز برقرار شود. اولین آینه جریان تشکیل شده توسط Q8 و Q9 به مدار ورودی و آینه جریان دوم متشکل از Q12 و Q13 به مدار خروجی متصل می شوند.

آینه جریان سوم تشکیل شده توسط ترانزیستورهای Q10 و Q11 به عنوان یک اتصال امپدانس بالا بین مدار ورودی و ترمینال منفی منبع تغذیه عمل می کند.

این آینه جریان ولتاژ مرجع را بدون بارگذاری مدار ورودی تأمین و جریان بایاس بیس کم مورد نیاز ترانزیستورهای PNP را در مدار تقویت کننده بیس مشترک تنظیم می کند.

ترانزیستور Q6 به همراه مقاومت های 4٫5 و 7٫5 کیلواهمی یک مدار تغییر سطح ولتاژ را تشکیل می دهند که ولتاژ مدار تقویت کننده ورودی را قبل از اینکه به مدار بعدی منتقل شود، یک ولت کاهش می دهد. این کار برای جلوگیری از اعوجاج سیگنال در مرحله تقویت کننده خروجی انجام می شود.

ترانزیستورهای Q19، Q15 و Q22 به عنوان تقویت کننده کلاس A کار می کنند و ترانزیستورهای Q14، Q17 و Q20 مرحله خروجی آپ امپ 741 را تشکیل می دهند.

برای ایجاد تعادل اختلال ها در مدار دیفرانسیل ورودی، از ترانزیستورهای Q5، Q6 و Q7 برای تشکیل آرایشی استفاده می شود که دو ورودی آفست مثبت و آفست منفی را می گیرد و ورودی های معکوس و غیرمعکوس را بر این اساس متعادل می کند.

مشخصه بهره در برابر فرکانس:
بهره آپ امپ 741 ثابت نیست و بسته به فرکانس سیگنال ورودی متفاوت است. نمودار زیر رابطه بین بهره و فرکانس را نشان می دهد.

همان طور که مشاهده می کنید، وقتی تقویت کننده عملیاتی در فرکانس های کمتر از 10 هرتز کار می کند، بهره در حدود 200,000 ثابت می ماند.

وقتی فرکانس سیگنال ورودی افزایش می یابد، بهره کاهش یافته و در فرکانس های حدود در حدود 100,000 هرتز به مقدار واحد (یک) نزدیک می شود.

ساده ترین راه استفاده از تقویت کننده عملیاتی، به کارگیری آن در شرایط حلقه باز است. در ادامه، نگاهی خواهیم انداخت به دو مدار مختلف تقویت کننده ولتاژ که از آپ امپ 741 استفاده می کنند.