Lm741 là gì ? Sơ đồ chân chi tiết

Lm741 là gì ?

IC Op-Amp 741 hay LM741 là một trong những mạch tích hợp khuếch đại thuật toán được sử dụng nhiều nhất, thực hiện cả các phép toán số học và chức năng khuếch đại. Chip nhỏ này chủ yếu thực hiện các phép toán số học như cộng, trừ, nhân, chia, vi phân, tích phân, v.v. trong các mạch khác nhau.

Nó là một bộ khuếch đại có độ lợi cao được làm từ BJT hoặc FETS, thường được cấp nguồn bởi cả điện áp cấp dương và âm. Nó được thiết kế lần đầu tiên bởi Fairchild Semiconductor vào năm 1963.

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các khái niệm cơ bản, đặc điểm, mạch, cấu hình chân và ứng dụng của IC Op-Amp 741 hoặc LM741. Bạn cũng có thể tham khảo IC khuếch đại âm thanh kép LM358 có một cặp mạch Op-Amp.

Đặc điểm

Dưới đây là các đặc điểm chính của IC Op-Amp 741:

• Trở kháng đầu vào lớn hơn 100KΩ.
• Trở kháng đầu ra nhỏ hơn 100Ω.
• Dải tần số nằm trong khoảng từ 0HZ đến 1MZ.
• Điện áp và dòng offset thấp.
• Độ lợi điện áp khoảng 2,00,000.

Thông số kỹ thuật

Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính của IC op-amp 741:

• Nguồn cấp: Để hoạt động đúng, nó yêu cầu nguồn cấp tối thiểu 5V và có thể xử lý lên đến 18V.
• Trở kháng đầu vào: Khoảng 2 MΩ.
• Trở kháng đầu ra: Khoảng 75 Ω.
• Độ lợi điện áp: 2,00,000 cho dải tần số tối thiểu.
• Tốc độ trượt (Tốc độ mà op-amp có thể phát hiện sự thay đổi điện áp): 0,5V/μs.
• Offset đầu vào: Trong khoảng từ 2mV đến 6mV.
• Tải đầu ra: Khuyến nghị lớn hơn 2KΩ.
• Dòng đầu ra tối đa: 20 mA.

Lưu ý: Để bộ khuếch đại thuật toán hoạt động như một bộ khuếch đại điện áp, các giá trị trở kháng đầu vào cao và trở kháng đầu ra thấp được khuyến nghị. Trở kháng này làm cho IC op-amp 741 trở thành một bộ khuếch đại điện áp gần như lý tưởng. Các thông số kỹ thuật được đề cập ở trên là chung và có thể thay đổi tùy theo nhà sản xuất.

Sơ đồ chân IC Op Amp 741

Ký hiệu và cấu hình chân của op-amp 741 được hiển thị bên dưới. Sơ đồ bao gồm tám chân. Trong số này, các chân 2, 3 và 6 là các chân quan trọng nhất, trong đó các chân 2 và 3 đại diện cho các đầu cuối đảo và không đảo tương ứng và chân 6 đại diện cho điện áp đầu ra. Chân 8 không hoạt động trong mạch.

Số 741 trong tên cho biết có 7 chân hoạt động, 4 chân (chân 2, 3, 4, 7) có khả năng nhận đầu vào và 1 chân (chân 6) là chân đầu ra. Hình tam giác trong IC đại diện cho một mạch tích hợp op-amp.

Chức năng của từng chân như sau:

Chân nguồn (Chân 4 và Chân 7):

Chân 4 và Chân 7 lần lượt là các đầu cuối cấp điện áp âm và dương. Nguồn điện cần thiết để IC hoạt động được nhận từ cả hai chân này. Mức điện áp giữa các chân này có thể nằm trong khoảng từ 5V đến 18V.

Chân đầu vào (Chân 2 và Chân 3):

Chân 2 và chân 3 là các chân đầu vào cho IC op-amp. Chân 2 được coi là đầu vào đảo và chân 3 được coi là đầu vào không đảo. Khi điện áp ở chân 2 lớn hơn điện áp ở chân 3, tức là điện áp ở đầu vào đảo cao hơn, thì tín hiệu đầu ra thấp. Tương tự, khi điện áp ở chân 3 lớn hơn điện áp ở chân 2, tức là điện áp ở đầu vào không đảo cao hơn, thì tín hiệu đầu ra cao.

Chân đầu ra (Chân 6):

Chân 6 là chân đầu ra của IC op-amp 741. Điện áp đầu ra ở chân này phụ thuộc vào mức điện áp trên các chân đầu vào và phương pháp phản hồi được sử dụng. Khi điện áp ở chân này cao, điều này có nghĩa là điện áp đầu ra tương tự như điện áp cấp dương. Tương tự, khi điện áp ở chân này thấp, điều này có nghĩa là điện áp đầu ra tương tự như điện áp đầu ra âm.

Chân Offset Null (Chân 1 và Chân 5):

Chân 1 và chân 5 được sử dụng cho điện áp offset trong IC op-amp 741. Do độ lợi điện áp cao của IC op-amp 741, ngay cả sự thay đổi điện áp tối thiểu ở các đầu vào đảo và không đảo do bất thường trong quy trình xây dựng hoặc các nhiễu loạn bên ngoài khác cũng có thể ảnh hưởng đến điện áp đầu ra. Để khắc phục ảnh hưởng này, một giá trị offset của điện áp có thể được áp dụng ở chân 1 và chân 5 và điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng một biến trở.

Chân không kết nối (Chân 8):

Chân 8 không được kết nối với bất kỳ mạch nào bên trong IC op-amp 741. Nó chỉ là một chân được sử dụng để lấp đầy khoảng trống trong các gói tiêu chuẩn 8 chân.

Hoạt động & Sơ đồ nội bộ IC Op-Amp 741

Một IC op-amp 741 tiêu chuẩn được xây dựng với một mạch chứa 20 bóng bán dẫn và 11 điện trở. Tất cả các bóng bán dẫn và điện trở này được tích hợp vào một chip đơn khối. Các kết nối nội bộ của các thành phần này được minh họa trong hình bên dưới.

Ở đây, các đầu cuối đảo và không đảo được kết nối với các bóng bán dẫn Q1 và Q2 tương ứng. Cả hai bóng bán dẫn Q1 và Q2 đều hoạt động như các bộ phát NPN. Đầu ra của các bóng bán dẫn Q1 và Q2 được kết nối với một cặp bóng bán dẫn Q3 và Q4. Loại cấu hình này cách ly cả hai đầu vào với các bóng bán dẫn Q3 & Q4 và ngăn chặn phản hồi có thể xảy ra.

Sự dao động điện áp ở đầu vào của op-amp có thể ảnh hưởng đến dòng điện chảy trong mạch nội bộ và cũng ảnh hưởng đến phạm vi chức năng hiệu quả của bóng bán dẫn trong mạch. Để ngăn điều này xảy ra, hai gương dòng được sử dụng. Cặp bóng bán dẫn (Q8, Q9) và (Q12, Q13) được kết nối theo cách tạo thành hai mạch gương.

Các bóng bán dẫn Q8 và Q12 được sử dụng làm bóng bán dẫn điều chỉnh, thiết lập mức điện áp tại tiếp giáp emitter-base (EB) cho cặp bóng bán dẫn tương ứng. Mức điện áp này có thể được điều chỉnh chính xác đến một số milivolts thập phân để cho phép lượng dòng điện chảy cần thiết.

Mạch gương đầu tiên được phát triển bởi Q8 và Q9 được ghép nối với mạch đầu vào và mạch gương thứ hai được phát triển bởi Q12 và Q13 được ghép nối với mạch đầu ra. Ngoài ra, mạch gương thứ ba được phát triển bởi Q10 và Q11 hoạt động như một kết nối trở kháng cao giữa đầu vào và nguồn âm. Nó cung cấp điện áp tham chiếu không có tác dụng tải trên mạch đầu vào.

Bóng bán dẫn Q16 cùng với các điện trở 4,5KΩ và 7,5KΩ tạo thành một mạch dịch chuyển mức điện áp, giảm mức điện áp từ mạch khuếch đại ở phần đầu vào bằng Vin trước khi nó được truyền đến mạch tiếp theo. Điều này được thực hiện để ngăn méo tín hiệu ở phần khuếch đại đầu ra.

Các bóng bán dẫn Q15, Q19 và Q22 được thiết kế để hoạt động như bộ khuếch đại lớp A và các bóng bán dẫn Q14, Q17 và Q20 tạo thành giai đoạn đầu ra của IC khuếch đại thuật toán 741.

Để cân bằng bất kỳ bất thường nào ở giai đoạn đầu vào của mạch vi sai, các bóng bán dẫn Q5, Q6 và Q7 được thiết kế để tạo thành một cấu hình có Offset null +ve và -ve và cân bằng cả đầu vào đảo và không đảo tương ứng.

Sơ đồ vòng hở

Phương pháp đơn giản nhất để triển khai IC khuếch đại thuật toán 741 là vận hành nó ở cấu hình vòng hở. Cấu hình vòng hở ở chế độ đảo và không đảo.

Khuếch đại thuật toán đảo

Trong IC khuếch đại thuật toán đảo 741, Chân 2 và chân 6 được sử dụng làm chân đầu vào và đầu ra. Điện áp đầu vào được cấp qua chân 2 và đầu ra được lấy từ chân 6, dẫn đến đảo cực. Khi điện áp đầu vào dương, đầu ra sẽ âm và khi điện áp đầu vào âm, đầu ra sẽ dương. Do đó, bộ khuếch đại được đặt tên là bộ khuếch đại đảo.

Sơ đồ mạch và dạng sóng đầu vào đầu ra cho khuếch đại thuật toán đảo được hiển thị trong hình bên dưới.

Độ lợi của bộ khuếch đại đảo được tính bằng công thức:

Độ lợi (Av) = -(R2/R1); trong đó, R2 là điện trở phản hồi

Ở đây, dấu âm cho biết cực tính của điện áp đầu ra bị đảo ngược. Bằng cách điều chỉnh giá trị của R1 và R2, có thể đạt được độ khuếch đại mong muốn.

Khuếch đại thuật toán không đảo

Trong IC khuếch đại thuật toán không đảo 741, Chân 3 và chân 6 được sử dụng làm chân đầu vào và đầu ra. Điện áp đầu vào được cấp qua chân 3 và đầu ra được lấy từ chân 6, giữ nguyên cực tính như điện áp đầu vào. Khi điện áp đầu vào dương, đầu ra sẽ dương và khi điện áp đầu vào âm, đầu ra cũng sẽ âm. Do đó, bộ khuếch đại được đặt tên là bộ khuếch đại không đảo.

Sơ đồ mạch và dạng sóng đầu vào đầu ra cho khuếch đại thuật toán không đảo được hiển thị trong hình bên dưới.

Độ lợi của bộ khuếch đại không đảo được tính bằng công thức

Độ lợi (Av) = 1 + (R2/R1); trong đó, R2 là điện trở phản hồi

Bằng cách điều chỉnh giá trị của R1 và R2, có thể đạt được độ khuếch đại mong muốn. Khi điện trở phản hồi R2 bằng không, độ lợi bằng một và bộ khuếch đại thuật toán hoạt động như một bộ theo dõi điện áp hoặc bộ đệm độ lợi đơn vị.

Ứng dụng của IC Op Amp 741

Có nhiều mạch điện tử được thiết kế bằng cách sử dụng IC op-amp 741. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của IC op-amp 741.

• Nó được sử dụng trong các bộ khuếch đại khác nhau như bộ khuếch đại logarit và antilogarit, bộ khuếch đại vi sai, v.v. để khuếch đại tín hiệu có tần số thay đổi từ DC đến tần số radio cao hơn.
• Nó được sử dụng để tính toán các phép toán số học khác nhau như cộng, trừ, chia, nhân, vi phân, tích phân, v.v.
• Nó được sử dụng trong các bộ so sánh điện áp để so sánh các tín hiệu điện áp.
• Nó được sử dụng trong các bộ dao động để tạo ra các dạng sóng khác nhau như sin, vuông, tam giác, v.v.
• Nó cũng được sử dụng trong các bộ điều chế độ rộng xung (bộ tạo PWM).
• Nó được sử dụng trong nguồn điện được điều chỉnh.
• Nó được sử dụng trong bộ lọc tích cực.
• Nó được sử dụng trong ADC và DAC để tạo ra các bộ chuyển đổi chuyển đổi tín hiệu tương tự thành dạng nhị phân và dạng nhị phân thành tín hiệu tương tự.
• Nó được sử dụng để chuyển đổi dòng thành điện áp và điện áp thành dòng.