IC 741 Op Amp Conceptos básicos, características, configuración de pines, aplicaciones

 

Introducción a los amplificadores operacionales

Un amplificador operacional, también denominado como amplificador operacional o amplificador operacional, es un circuito integrado diseñado principalmente para realizar cálculos analógicos. Tiene una ganancia de voltaje muy alta, típicamente del orden de 104 (100dB).

A pesar de que están especialmente diseñados para realizar operaciones como suma, resta, integración, diferenciación, etc., al usar componentes externos como resistencias y condensadores para crear un mecanismo de retroalimentación requerido, también se puede usar como un amplificador y para muchas otras funciones como filtros, comparadores, etc.

Los Op-Amp IC se han convertido en una parte integral de casi todos los circuitos analógicos. En este artículo analizaremos uno de los circuitos integrados de Op-Amp más utilizados: IC 741 Op Amp.

Para obtener más información acerca de Op-Amps, visite esta página: Fundamentos del amplificador operacional

IC 741 Op Amp (amplificador operacional)

El 741 Op Amp IC es un circuito integrado monolítico que comprende un amplificador operacional de propósito general. Fue fabricado por Fairchild semiconductores en el año 1963. El número 741 indica que este amplificador operacional IC tiene 7 pines funcionales, 4 pines capaces de recibir entrada y 1 pin de salida.

IC 741 Op Amp puede proporcionar alta ganancia de voltaje y puede operarse en una amplia gama de voltajes, lo que lo convierte en la mejor opción para usar en integradores, amplificadores sumadores y aplicaciones de realimentación generales. También presenta protección contra cortocircuitos y circuitos internos de compensación de frecuencia incorporados. Este Op-amp IC viene en los siguientes factores de forma:

• Paquete de 8 pines DIP
• TO5-8 Paquete de latas metálicas
• 8 pines SOIC

Pinout de IC 741 Op Amp y sus funciones

La figura siguiente ilustra las configuraciones de pines y el diagrama de bloques interno de IC 741 en paquete de metal DIP de 8 pines y TO5-8.

Ahora echemos un vistazo a las funciones de diferentes pines de 741 IC:

• Pin4 & Pin 7 (fuente de alimentación): Pin7 es el terminal de suministro de tensión positiva y Pin4 es el terminal de alimentación de tensión negativa. El 741 IC consume energía para su funcionamiento desde estos pines. El voltaje entre estos dos pines puede estar entre 5V y 18V.
• Pin6 (Salida): Este es el pin de salida del IC 741. El voltaje en este pin depende de la señales en los pines de entrada y el mecanismo de retroalimentación utilizado. Si se dice que la salida es alta, significa que la tensión en la salida es igual a la tensión de alimentación positiva. De forma similar, si se dice que la salida es baja, significa que la tensión en la salida es igual a la tensión de alimentación negativa.
• Pin2 &  Pin3 (Entrada): Estos son pines de entrada para el IC. Pin2 es la entrada inversora y Pin3 es la entrada no inversora. Si la tensión en Pin2 es mayor que la tensión en Pin3, es decir, la tensión en la entrada de inversión es mayor, la señal de salida permanece baja. De manera similar, si la tensión en Pin3 es mayor que la tensión en Pin2, es decir, la tensión en la entrada no inversora es alta, la salida es alta.
• Pin1 & Pin 5 (Offset Null): Debido a la alta ganancia proporcionada por 741 Op-Amp, incluso pequeñas diferencias en voltajes en las entradas inversoras y no inversas, causadas por irregularidades en el proceso de fabricación o perturbaciones externas, pueden influir en la salida. Para anular este efecto, se puede aplicar un voltaje de compensación en pin1 y pin5, y generalmente se hace usando un potenciómetro.
• Pin8 (N/C): Este pin no está conectado a cualquier circuito dentro de 741 IC. Es solo una derivación ficticia utilizada para llenar el espacio vacío en paquetes estándar de 8 pines.

Especificaciones

Las siguientes son las especificaciones básicas del IC 741:

• Fuente de alimentación: requiere un voltaje mínimo de 5V y puede soportar hasta 18V
• Impedancia de entrada: aproximadamente 2 megaohmios
• Impedancia de salida: aproximadamente 75 ohmios
• Aumento de voltaje: 200,000 para bajas frecuencias
• Corriente de salida máxima: 20mA
• Carga de salida recomendada: Más de 2 kiloohmios
• Compensación de entrada: Rangos entre 2mV y 6mV
• Velocidad de respuesta: 0.5V/microsegundo (Es la velocidad a la que un amplificador operacional puede detectar cambios de voltaje)

La alta impedancia de entrada y la impedancia de salida muy pequeña hacen del IC 741 un amplificador de voltaje casi ideal.

Interno Esquemático y amp; Funcionamiento del IC 741

Un amplificador operacional estándar 741 se compone de un circuito que contiene 20 transistores y 11 resistencias. Todos ellos están integrados en un chip monolítico. El siguiente circuito ilustra las conexiones internas de esos componentes.

Las entradas de inversión y no inversión están conectadas a dos transistores npn, Q1 y amp; Q2 respectivamente. Ambos transistores se comportan como seguidores del emisor npn, con sus salidas alimentadas a un par de transistores pnp Q3 y amp; Q4, configurado para funcionar como amplificadores de base común. Esta configuración aísla tanto las entradas como las posibles señales de retroalimentación que pueden ocurrir.

Las oscilaciones de tensión en las entradas de Op-Amp pueden influir en el flujo de corriente en el circuito interno y pueden ir más allá del rango de funcionamiento activo de cualquier transistor en el circuito. Para evitar que esto ocurra, se utilizan dos retrovisores actuales.

Los pares de transistores Q8, Q9 y Q12, Q13 están dispuestos para formar los dos circuitos de espejo de corriente. Los transistores Q8 y Q12 son los transistores de control que establecen la tensión de base del emisor del otro transistor en el par correspondiente. Esta tensión se controla con precisión hasta fracciones de milivoltios para permitir que solo fluya la cantidad requerida de corriente. El primer espejo de corriente formado por Q8 y amp; Q9 están acoplados al circuito de entrada y al segundo espejo de corriente formado por Q12 y amp; Q13 están acoplados al circuito de salida.

Un tercer espejo de corriente formado por los transistores Q10 y amp; Q11 actúa como una conexión de alta impedancia entre el circuito de entrada y el negativo de la fuente de alimentación. Proporciona una tensión de referencia sin cargar el circuito de entrada y establece la ligera corriente de polarización de base requerida por los transistores pnp en el circuito amplificador de base común de entrada.

El transistor Q6 junto con las resistencias 4.5K y 7.5K forman una circuito de cambio de nivel de tensión que reduce el voltaje del circuito amplificador de entrada en 1V antes de enviarlo al circuito siguiente. Esto se hace para evitar distorsiones de la señal en la etapa del amplificador de salida.

Transistores Q15, Q19 y amp; Q22 está configurado para funcionar como un amplificador de clase A y los transistores Q14, Q17 y amp; Q20 forma la etapa de salida del amplificador operacional 741.

Para equilibrar cualquier irregularidad en el circuito diferencial de entrada, los transistores Q5, Q6 y Q7 se utilizan para formar una disposición que admite dos entradas (Offset nulo (+ ), Offset null (-)) y equilibra las entradas inversoras y no inversas en consecuencia.

Características: Ganancia vs Frecuencia

La ganancia del amplificador operacional IC 741 no es constante y varía dependiendo de la frecuencia de la señal de entrada. El siguiente gráfico ilustra la relación entre ellos

Puede observar que la ganancia permanece constante en alrededor de 200,000 cuando el amplificador operacional se opera a frecuencias inferiores a 10Hz. A medida que aumenta la frecuencia de la señal de entrada, la ganancia se reduce y se aproxima a la unidad en frecuencias cercanas a 100.000 Hz.

Configuración de circuito abierto del IC 741

La forma más sencilla de utilizar un amplificador operacional es operarlo en la condición de circuito abierto.

Circuitos de amplificador operacional 741

Veremos dos circuitos amplificadores de voltaje diferentes que usan IC 741.

Inversión del circuito amplificador usando 741 Op Amp

A continuación se muestra el diagrama de circuito de un amplificador inversor que usa 741 IC y dos resistencias.

Esta disposición se denomina inversión porque amplifica e invierte la polaridad de la señal de entrada (Observe las formas de onda en la entrada y salida). La resistencia R2 es la resistencia de retroalimentación. La ganancia del amplificador viene dada por la fórmula:

Ganancia (AV) =- (R2/R1)

El signo negativo indica que la polaridad de la forma de onda de salida está invertida. Ajustando los valores de R1 y R2 se puede lograr la amplificación deseada.

Circuito amplificador no inversor usando 741 Op Amp

A continuación se muestra el diagrama de circuito de un amplificador no inversor que usa 741 IC y dos resistencias.

Esta disposición es nombre d como no inversor porque amplifica la señal de entrada, conservando la misma polaridad. La ganancia del amplificador viene dada por la fórmula:

Ganancia (AV) = 1 + (R2/R1)

Ajustando los valores de R1 y R2 se puede lograr la amplificación deseada.

Si el valor de la resistencia de realimentación R2 se hace 0, la ganancia es igual a 1 y la configuración Op-Amp se comporta como un «buffer de ganancia unitaria» o un seguidor de voltaje.

Applications

A continuación se detallan las aplicaciones de IC 741 Op Amp en diferentes casos de uso:

• Amplificadores: 741 IC se utiliza principalmente para amplificar señales de frecuencias variables desde DC hasta frecuencias de radio más altas. También se usa en amplificadores selectivos de frecuencia que filtran señales de frecuencias no deseadas, por ej. sistemas de control de tono en estéreo y sistemas Hi Fi.
• Computacional: muchos circuitos electrónicos que realizan operaciones matemáticas como integración, diferenciación, veranos, etc. usan 741 Op-Amp.
• Rectificadores: los diodos ordinarios utilizados en los rectificadores tienen una caída de voltaje que los hace inadecuados para los rectificadores de señal de alta precisión. El 741 IC se puede configurar para funcionar como un diodo ideal, es decir, sin caída de voltaje y se puede usar en circuitos rectificadores precisos.
• Osciladores: Op-Amp IC 741 se utiliza como un oscilador en generadores de función para crear diferentes formas de onda de salida, como senoidal, cuadrada, triangular, etc. También se usa en moduladores de ancho de pulso (generadores PWM)
• Comparadores: El 741 IC se puede usar para comparar señales de voltaje y determinar si tienen casi el mismo voltaje. Esto se puede usar en reguladores de voltaje y comparadores de señales.
• ADCs/DAC: 741 Op-Amp se puede usar para crear conversores digitales a analógicos que puedan tomar entradas digitales binarias de computadoras o microcontroladores y crean una señal analógica correspondiente. Del mismo modo, también se puede usar en circuitos analógicos a digitales.