Qué es un amplificador operacional IC 741: disposición de las patillas y funcionamiento

La forma abreviada del amplificador operacional es op-amp, un tipo de circuito integrado de estado sólido. El primer amplificador operacional fue diseñado por Fairchild Semiconductors en 1963. Es el elemento básico de los circuitos electrónicos analógicos que realizan diversos tipos de tareas de procesamiento de señales analógicas. Estos circuitos integrados utilizan la retroalimentación externa para regular sus funciones y se utilizan como dispositivos polivalentes en diversos instrumentos electrónicos. Consta de dos entradas y dos salidas, es decir, terminales inversor y no inversor. Este IC 741 Op Amp se utiliza ampliamente en diversos circuitos eléctricos y electrónicos. El objetivo principal de este amplificador operacional 741 es reforzar las señales de CA y CC y realizar operaciones matemáticas. Intentemos arrojar algo de luz sobre este Op Amp 741 conociendo sus propiedades, diagrama de pines, especificaciones y conceptos relacionados.

¿Qué es el 741 Op Amp IC?

El término amplificador operacional es la forma completa de op-amp y es un tipo de CI (circuito integrado). Un amplificador operacional es un amplificador de tensión de alta ganancia acoplado a la corriente continua con un i/p diferencial y un único o/p. En esta estructura, un amplificador operacional genera un potencial o/p que suele ser muchas veces mayor que la diferencia de potencial entre sus terminales i/p.

Los amplificadores operacionales tienen sus raíces en los ordenadores analógicos, donde se utilizaban para realizar operaciones matemáticas en diversos circuitos lineales, no lineales y dependientes de la frecuencia. La popularidad de este circuito integrado como elemento básico de los circuitos analógicos se debe a su flexibilidad. Sus características están determinadas por un componente externo y tienen una ligera dependencia de los coeficientes de temperatura y las diferencias de fabricación del propio circuito integrado.

Hoy en día, los amplificadores operacionales son los circuitos integrados más utilizados. Las aplicaciones de estos circuitos integrados incluyen una amplia gama de dispositivos industriales, científicos y de consumo. El coste de varios amplificadores operacionales típicos es bajo en volúmenes de producción razonables; pero algunos amplificadores operacionales híbridos e integrados con diferentes condiciones de rendimiento pueden costar más de 100 dólares. Los amplificadores operacionales pueden empaquetarse como dispositivos o utilizarse como elementos fundamentales de circuitos integrados más complejos.

El amplificador operacional es un tipo de amplificador diferencial. Los distintos tipos de amplificadores diferenciales son el amplificador de instrumentación, el amplificador de aislamiento, el amplificador de realimentación negativa y el amplificador totalmente diferencial. El CI 741 parece un "chip pequeño". Pero es de uso general. Es necesario conocer la información básica sobre ella.

El amplificador operacional IC 741 parece un pequeño chip. La representación del amplificador operacional IC 741 se muestra a continuación y consta de ocho pines. Los pines más significativos son el 2, el 3 y el 6, donde los pines 2 y 3 indican los terminales inversor y no inversor y el pin 6 indica la tensión de salida. La forma triangular del CI indica que se trata de un circuito integrado op-amp.

La versión actual del chip está indicada por el famoso amplificador operacional IC 741. La función principal de este CI 741 es realizar operaciones matemáticas en diversos circuitos. El amplificador operacional IC 741 consta de varias etapas de transistores que suelen tener tres etapas, como una i/p diferencial, una o/p push-pull y una etapa de ganancia intermedia.

Este amplificador operacional es capaz de ofrecer un alto rango de ganancias de tensión y puede funcionar a varios niveles de tensión; esta característica permite que el dispositivo se implemente en varios integradores, amplificadores sumadores y más. También tiene la característica de proteger el aparato en caso de cortocircuito y dispone de redes internas de circuitos de compensación de frecuencia. Este circuito integrado puede fabricarse en tres formas: en un encapsulado SOIC de 8 patillas, en un encapsulado de doble línea de 8 patillas y en un encapsulado metálico TO5-8.

El amplificador operacional IC 741 se utiliza en dos modos: inversor (-) y no inversor (+).

El amplificador operacional diferencial está formado por una matriz de FETs o BJTs. La representación básica de este amplificador operacional es la siguiente:

Diagrama de pines

La configuración de las patillas del amplificador operacional IC 741 se muestra a continuación. El disposición de las patillas del amplificador operacional 741 y la funcionalidad de cada pin se explica claramente en la siguiente sección.

Pines de alimentación: Pin 4 y 7

Los pines 4 y 7 son los terminales de alimentación de tensión negativa y positiva. La energía necesaria para el funcionamiento del CI se recibe de estos dos pines. El nivel de tensión entre estos pines puede estar entre 5 y 18V.

Clavija de salida: Clavija 6

La salida que proporciona el amplificador operacional IC 741 se recibe en esta patilla. La tensión de salida que recibe esta patilla se basa en el enfoque de retroalimentación utilizado y en el nivel de tensión de las patillas de entrada.

Cuando el valor de la tensión en la patilla 6 es alto, significa que la tensión de salida es similar a la tensión de alimentación de +ve. Del mismo modo, cuando el valor de la tensión en la patilla 6 es bajo, la tensión de salida es similar a la tensión de alimentación -ve.

Pines de entrada: Pin 2 y Pin 3

Estos son los pines de entrada del amplificador operacional. La clavija 3 se considera una entrada inversora, mientras que la clavija 3 se considera una entrada no inversora. Cuando el valor de la tensión en el pin 2 >> en el pin 3, lo que significa que la entrada inversora tiene un valor de tensión alto, la señal de salida es baja.

Del mismo modo, cuando el valor de la tensión en la patilla 3 >> patilla 2, lo que significa que la entrada no inversora tiene un valor de tensión alto, la señal de salida es alta.

Clavija de desplazamiento nulo: Clavija 1 y Clavija 5

Como ya se ha dicho, este amplificador operacional tiene un nivel de ganancia de tensión más alto. Por lo tanto, incluso pequeñas variaciones de las tensiones en las entradas no inversoras e inversoras, debidas a fallos en el procedimiento de construcción u otras anomalías, tendrán un impacto en la salida.

Para superar este problema, es necesario aplicar un valor de compensación de tensión al pin 1 y al pin 5, normalmente realizado con un potenciómetro.

Pin no conectado: Pin 8

Se trata de una clavija que se utiliza para rellenar la clavija vacía del amplificador operacional IC 741. No está conectado a ningún circuito interno o externo.

Funcionamiento del Op-Amp IC 741

Esta sección explica claramente la esquema interno y funcionamiento del CI 741 Un CI 741 típico se construye a partir de un circuito compuesto por 11 resistencias y 20 transistores. Todos estos transistores y resistencias se asimilan y conectan como un único chip monolítico. Gracias a la imagen que aparece a continuación, se pueden entender fácilmente las conexiones internas del componente.

En este caso, para los transistores Q1 y Q2, las entradas inversoras y no inversoras se conectan en consecuencia. Ambos transistores Q1 y Q2 funcionan como emisores NPN y sus salidas se conectan a un par de transistores Q3 y Q4. Estos Q3 y Q4 funcionan como amplificadores de base común. Este tipo de configuración aísla las entradas que tienen conexión con Q3 y Q4 y elimina la posibilidad de retroalimentación de la señal.

Las fluctuaciones de tensión que se producen en las entradas de los amplificadores operacionales podrían afectar al flujo de corriente del circuito interno y también al rango funcional efectivo de los transistores del circuito. Para evitar que esto ocurra, se han implementado dos espejos de corriente. Los pares de transistores (Q8, Q9) y (Q12, Q13) se conectan para formar circuitos espejo.

Como los transistores Q8 y Q12 son los transistores de control, fijan el nivel de tensión en la unión EB para el par de transistores correspondiente. Este nivel de tensión puede ajustarse con precisión hasta unos pocos milivoltios decimales, y esta precisión permite que sólo fluya la corriente necesaria en el circuito.

Un circuito espejo desarrollado por Q8 y Q9 se alimenta al circuito de entrada, mientras que el otro circuito espejo desarrollado por Q12 y Q13 se alimenta al circuito de salida. Además, el otro circuito espejo, el tercero, formado por Q10 y Q11, actúa como una conexión de impedancia aumentada entre la alimentación -ve y la entrada. Esta conexión proporciona un nivel de tensión de referencia que no tiene efecto de carga en el circuito de entrada.

El transistor Q6, junto con las resistencias de 4,5K y 7,5K, se convertirá en un circuito de conmutación de nivel de tensión que disminuye el nivel de tensión del circuito amplificador a la entrada de Vin antes de pasar al siguiente circuito. Esto elimina cualquier tipo de variación de la señal en la sección del amplificador de salida. Mientras que los transistores Q22, Q15 y Q19 están diseñados para funcionar como amplificadores de clase A, los transistores Q14, Q20 y Q17 se desarrollan como etapa de salida del amplificador operacional 741.

Para eliminar cualquier tipo de anomalía en la fase de entrada del circuito diferencial, se utilizan los transistores Q5, Q6 y Q7 para formar una configuración con desplazamientos cero +ve y -ve y los correspondientes niveles de entrada inversores y no inversores.

Integrador y diferenciador de Op-Amp

En los siguientes apartados se explica el procedimiento experimental de integrador y diferenciador utilizando la teoría del amplificador operacional IC 741

Para aprender cómo funciona el amplificador operacional como diferenciador e integrador, necesitamos una protoboard, resistencias de valor (10KΩ, 100KΩ, 1,5KΩ y 150Ω), un RPS, un amplificador operacional IC 741, cables para conectar, condensadores de valor (0,01µF, 0,1µF) y un osciloscopio (CRO).

A continuación se muestra el circuito integrador que utiliza un amplificador operacional. Para crear un circuito integrador y conocer la salida, hay que realizar la conexión del circuito como se explica en los siguientes pasos:

• A la sección de entrada, aplica una onda sinusoidal simétrica con una frecuencia de 1 kHz y una amplitud de 2 V, que es la tensión pico a pico.
• Conecta las secciones de entrada y salida del circuito al canal 1 y al canal 2 del CRO. Esta conexión permite observar las formas de onda generadas.
• Traza las formas de onda observadas en un gráfico junto con los valores similares observados en el CRO.
• A continuación, observa los valores prácticos y teóricos. Este tipo de conexión permite utilizar el amplificador operacional IC 741 como circuito integrador.

A continuación se muestra el circuito diferenciador que utiliza el amplificador operacional. Para crear un circuito diferenciador y conocer la salida, hay que realizar la conexión del circuito como se explica en los siguientes pasos:

• En la sección de entrada, aplica una onda triangular simétrica con una frecuencia de 1 KHz y una amplitud de 2V, que es una tensión de pico a pico.
• Conecta las secciones de entrada y salida del circuito al canal 1 y al canal 2 del CRO. Esta conexión permite observar las formas de onda generadas.
• Traza las formas de onda observadas en un gráfico junto con los valores similares observados en el CRO.
• A continuación, observa los valores prácticos y teóricos. Este tipo de conexión permite utilizar el amplificador operacional IC 741 como circuito integrador.

Configuración en bucle abierto

El enfoque más sencillo para implementar el amplificador operacional IC 741 es hacerlo funcionar en la configuración de bucle abierto. El configuración de bucle abierto del CI 741 está en modo inversor y no inversor.

Un amplificador operacional inversor

En un amplificador operacional IC 741, los pines 2 y 6 son los de entrada y salida. Cuando se da una tensión al pin-2, se obtiene una salida por el pin-6. Si la polaridad del pin i/p-2 es +Ve, la polaridad del pin o/p6 es -Ve. Por lo tanto, el pin o/p está siempre opuesto al pin i/p.

El esquema del circuito del amplificador operacional inversor se muestra arriba y la ganancia del circuito del amplificador operacional inversor se calcula generalmente mediante la fórmula A=Rf/R1

Por ejemplo, si Rf es de 100 kilo ohmios y R1 es de 10 kilo ohmios, la ganancia será de -100/10=10 Si la tensión i/p es de 2,5v, la tensión o/p será de 2,5×10=25

Amplificador operacional no inversor

En un amplificador operacional IC 741, los pines3 y 6 son pines de entrada y salida. Cuando se da una tensión a la patilla 3, se obtiene una salida por la patilla 6. Si la polaridad es +Ve en la clavija de entrada-3, la polaridad que sale de la clavija-6 del o/p es también +Ve. Así que el o/p no es opuesto.

El esquema del circuito no inversor se muestra arriba y la ganancia de este circuito no inversor se calcula generalmente mediante la fórmula A=1+ (Rf/R1)

Por ejemplo, si Rf es de 100 kilo ohmios y R1 es de 25 kilo ohmios, la ganancia será 1+ (100/25) =1+4=5 Si la tensión i/p es 1, entonces la tensión o/p será 1X5=5v

Diagrama del circuito del amplificador operacional IC 741

Las aplicaciones principales son un amplificador sumador, un comparador, un restador, un seguidor de tensión, un integrador y un diferenciador. El esquema del circuito del amplificador operacional IC 741 se muestra a continuación. En el siguiente circuito, el amplificador operacional IC 741 se utiliza como comparador. Aunque lo utilizamos como comparador, el CI observa las señales débiles para poder identificarlas más fácilmente.

Especificaciones del amplificador operacional IC 741

Las siguientes especificaciones explican claramente la funcionalidad y el comportamiento del IC 741:

• Fuente de alimentación: Para el funcionamiento de este amplificador operacional, requiere una tensión mínima de 5 V y puede manejar hasta 18 V.
• Impedancia de entrada: Tiene un rango de aproximadamente 2 megaohmios
• Impedancia de salida: Tiene un rango de unos 75 ohmios
• Velocidad de giro: También es un atributo clave a la hora de elegir un amplificador operacional para un rango de alta frecuencia. Se define como el cambio máximo de la tensión de salida por unidad de tiempo. El SR se mide en voltios/µseg y se representa como SR = dVo/dtCon el cálculo de la slew rate, se puede conocer simplemente la variación de la salida en la que varía el amplificador operacional con los cambios en la frecuencia de entrada. El SR varía con la variación de la ganancia de tensión y generalmente se denomina ganancia unitaria. La velocidad de giro del amplificador operacional es siempre constante. Por tanto, cuando los requisitos de pendiente de los valores de salida son mayores que la velocidad de giro, se produce una distorsión. Para un amplificador operacional IC 741, la velocidad de giro es de 0,5 V/microsegundo, un valor mínimo. Por esta razón, este CI no se utiliza para rangos de alta frecuencia, como en comparadores, filtros y osciladores.
• Ganancia de tensión: La ganancia de tensión es de 2.00.000 para un rango de frecuencia mínimo
• Rango de desviación de entrada: Este amplificador operacional IC 741 tiene un rango de desviación de entrada de 2 a 6 mV
• Carga de salida: el rango recomendado es > 2 Kilo Ohm
• Respuesta transitoria: Este es el aspecto crucial que se utiliza para elegir un amplificador operacional en diversas aplicaciones. Junto con la realimentación en estado estacionario, el amplificador operacional comprende toda la respuesta del circuito práctico. La sección de retroalimentación en la que se alcanza un valor de estado estacionario antes de recibir el valor de salida se denomina respuesta transitoria. Una vez que se alcanza este valor, el valor de estado estacionario se mantiene en ese punto y, por tanto, se denomina nivel de estado estacionario. Esta fase estacionaria no está basada en el tiempo. Los atributos de esta respuesta transitoria consisten en el porcentaje de rebasamiento y el tiempo de subida. Tiene una relación inversa con el ancho de banda de ganancia unitaria del amplificador operacional.

Para que el amplificador operacional funcione como amplificador de tensión, se recomienda aumentar la impedancia de entrada y reducir la de salida.

características del amplificador operacional 741

Las características del amplificador operacional IC 741 son las siguientes

• La impedancia de entrada del amplificador operacional IC 741 es superior a 100kilo-ohmios.
• El o/p del amplificador operacional IC 741 es inferior a 100 ohmios.
• El rango de frecuencia de las señales amplificadas por el amplificador operacional IC 741 es de 0Hz a 1MHz.
• La corriente y la tensión de offset del amplificador operacional IC 741 son bajas
• La ganancia de tensión del CI 741 es de aproximadamente 2.00.000.

aplicaciones del amplificador operacional 741

Hay muchos circuitos electrónicos construidos con el amplificador operacional IC 741: seguidor de tensión, convertidor analógico-digital, circuito de muestreo y retención, conversión de tensión a corriente y de corriente a tensión, amplificador sumador, etc. Las aplicaciones del amplificador operacional IC 741 son las siguientes

• Oscilador de audiofrecuencia variable con el amplificador operacional IC 741
• IC 741 Op Amp basado en RPS con rizado ajustable
• Mezcla de audio para cuatro canales con el Op Amp IC 741
• IC 741 Op Amp e interruptor de luz fijo basado en LDR
• Medidor de la polaridad de los voltios de CC con el Op-Amp IC 741
• termómetro ambiental con el Op Amp IC 741
• Escuchar los errores con el Op-Amp IC 741
• Amplificador de micrófono con Op-Amp IC 741
• IC 741 Probador de Op-Amp
• Se trata de la protección contra cortocircuitos RPS
• Interruptor térmico táctil con IC 741 Op Amp
• Conversión de V a F con el amplificador operacional IC 741
• Generación de sonido de viento basada en el Op Amp IC 741

Infografía del 741 Op Amp

Este es un tutorial sobre el amplificador operacional IC 741 que incluye los fundamentos del amplificador operacional, el diagrama de pines, el diagrama del circuito, las especificaciones, las características y sus aplicaciones. Además, si tienes alguna pregunta sobre este concepto o sobre los proyectos del amplificador operativo 741, por favor, haznos llegar tu opinión comentando en la sección de comentarios más abajo. He aquí una pregunta para ti. ¿Qué es la el diseño arquitectónico del CI 741 y características: ¿ganancia v/s frecuencia?