معرفی آپ امپ IC 741 (کاربرد و نحوه کار آی سی Op-Amp 741)

تقویت کننده عملیاتی که به آن op-amp یا op amp نیز می گویند ، یک مدار مجتمع (IC) است که در درجه اول برای انجام محاسبات آنالوگ طراحی شده است. اگرچه Op-amp ها به طور خاص برای انجام عملیاتی مانند جمع ، تفریق ، یکپارچه سازی ، تمایز و … طراحی شده اند اما با استفاده از اجزای خارجی مانند مقاومت ها و خازن ها برای ایجاد مکانیسم بازخورد مورد نیاز ، می توان از آن به عنوان تقویت کننده و بسیاری از توابع دیگر مانند فیلترها، مقایسه کننده ها و … نیز استفاده کرد.

Op-Amp IC تقریباً در تمام مدارهای آنالوگ به بخشی جدایی ناپذیر تبدیل شده است. در این مقاله نگاهی خواهیم انداخت به یکی از پرکاربردترین IC های آپ امپ یعنی IC 741

آی سی آپ امپ 741 (Op-amp 741)

741 Op Amp IC یک مدار مجتمع است که متشکل از یک تقویت کننده عملیاتی با هدف عمومی است. شماره 741 نشان می دهد که این IC تقویت کننده عملیاتی دارای 7 پایه عملکردی ، 4 پایه قادر به گرفتن ورودی و 1 پایه خروجی است.

IC 741 Op Amp می تواند ولتاژ بالائی را فراهم کند و می تواند در دامنه وسیعی از ولتاژ کار کند. آی سی آپ امپ 741 از مدار های محافظ اتصال کوتاه و مدارات جبران فرکانس داخلی ساخته شده در آن بهره می برد. این IC Op-amp در حالت های زیر وجود دارد:

1. بسته بندی 8 پین DIP
2. TO5-8 فلزی
3. 8 پین SOIC

دیتاشیت پین های IC 741

شکل زیر پیکربندی پین ها و نمودار داخلی IC 741 را در بسته بندی 8 پین DIP و TO5-8 نشان می دهد.

اکنون بیایید نگاهی به عملکردهای مختلف پین های IC 741 بیندازیم:

• Pin4 & Pin7 (منبع تغذیه): Pin7 ترمینال مثبت منبع تغذیه و Pin4 ترمینال منفی منبع تغذیه است. آی سی 741 برای عملکرد خود از این پایه ها نیرو می گیرد. ولتاژ بین این دو پایه می تواند بین 5 ولت و 18 ولت باشد.
• Pin6 (خروجی): این پین خروجی IC 741 است. ولتاژ این پین به سیگنال های پین های ورودی و مکانیزم بازخورد استفاده شده بستگی دارد. اگر گفته شود خروجی HIGH است ، به این معنی است که ولتاژ در خروجی برابر با ولتاژ مثبت تغذیه است. به همین ترتیب ، اگر گفته شود خروجی LOW است ، به این معنی است که ولتاژ در خروجی برابر با ولتاژ منفی منبع است.
• Pin2 & Pin3 (ورودی): این پین های ورودی برای IC هستند. Pin2 ورودی معکوس و Pin3 ورودی غیر معکوس است. اگر ولتاژ در Pin2 بیشتر از ولتاژ Pin3 باشد ، یعنی ولتاژ ورودی معکوس بیشتر باشد ، سیگنال خروجی LOW می ماند. به همین ترتیب ، اگر ولتاژ Pin3 بیشتر از ولتاژ Pin2 باشد ، یعنی ولتاژ ورودی غیر معکوس زیادتر باشد ، خروجی HIGH می شود.
• Pin1 & Pin5: تفاوت های ناچیز ولتاژ در ورودی معکوس و غیر معکوس ، که به دلیل بی نظمی در فرآیند تولید یا اختلالات خارجی ایجاد می شود ، می تواند بر خروجی تأثیر بگذارد. برای خنثی کردن این اثر ، می توان ولتاژ جبرانی را در پین 1 و پین 5 اعمال کرد و معمولاً با استفاده از پتانسیومتر انجام می شود.
• Pin8: این پایه به هیچ مداری درون IC 741 متصل نیست. این پایه فقط یک سرب ساختگی است که برای پر کردن فضای خالی در بسته های استاندارد 8 پین استفاده می شود.

مشخصات فنی IC 741

در زیر مشخصات اساسی IC 741 آمده است:

• منبع تغذیه: به حداقل ولتاژ 5 ولت نیاز دارد و می تواند تا 18 ولت تحمل کند.
• امپدانس ورودی: حدود 2 مگا اهم
• امپدانس خروجی: حدود 75 اهم
• افزایش ولتاژ: 200000 برای فرکانس های پایین
• حداکثر جریان خروجی: 20 میلی آمپر
• بار خروجی توصیه شده: بیشتر از 2 کیلو اهم
• افست ورودی: بین 2 میلی ولت و 6 میلی ولت
• نرخ Slew: برابر با 0.5 ولت در میکرو ثانیه (این میزانی است که Op-Amp می تواند تغییرات ولتاژ را تشخیص دهد)

امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی بسیار کم باعث می شود IC 741 تقریباً آمپلی فایر ولتاژ ایده آل باشد.

شماتیک داخلی و کار IC 741

آپ امپ 741 از یک مدار شامل 20 ترانزیستور و 11 مقاومت ساخته شده است. همه آنها در یک تراشه مجتمع ادغام شده اند. مدار زیر اتصالات داخلی آن اجزا را نشان می دهد.

بهره و فرکانس IC 741

بهره (Gain) تقویت کننده عملیاتی IC 741 ثابت نیست و بسته به فرکانس سیگنال ورودی متفاوت است. نمودار زیر رابطه بین آنها را نشان می دهد.

می توانید مشاهده کنید که وقتی آمپلی فایر عملیاتی در فرکانس های کمتر از 10 هرتز کار می کند ، بهره در حدود 200000 ثابت می ماند. همانطور که فرکانس سیگنال ورودی افزایش می یابد ، بهره کاهش می یابد و در فرکانس های حدود 100000 هرتز به 0 نزدیک می شود.

پیکربندی حلقه باز IC 741: ساده ترین راه استفاده از تقویت کننده عملیاتی ، کارکردن آن در شرایط حلقه باز است.

مدار ها آپ امپ 741

نگاهی خواهیم انداخت به دو مدار مختلف تقویت کننده ولتاژ که از IC 741 استفاده می کنند.

معکوس کردن مدار تقویت کننده با 741 Op Amp

در زیر شماتیک مدار یک تقویت کننده معکوس با استفاده از 741 IC و دو مقاومت نشان داده شده است.

قطب سیگنال ورودی را تقویت و معکوس می کند (شکل موج را در ورودی و خروجی مشاهده کنید). مقاومت R2 مقاومت بازخورد است. بهره آمپلی فایر با فرمول زیر بدست می آید:

Gain (AV) = -(R2 / R1)

علامت منفی نشان می دهد که قطبیت شکل موج خروجی معکوس شده است. با تنظیم مقادیر R1 و R2 می توان تقویت مورد نظر را بدست آورد.

مدار آمپلی فایر غیر معکوس با 741 Op Amp

در زیر شماتیک مدار یک تقویت کننده غیر معکوس با استفاده از 741 IC و دو مقاومت نشان داده شده است.

این مدار به عنوان غیر معکوس نامگذاری شده است زیرا سیگنال ورودی را تقویت می کند ، در حالی که همان قطب را حفظ می کند. بهره آمپلی فایر با فرمول زیر بدست می آید:

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

با تنظیم مقادیر R1 و R2 می توان تقویت مورد نظر را بدست آورد.

اگر مقدار مقاومت بازخورد R2=0 شود ، بهره برابر با 1 است و پیکربندی Op-Amp مانند یک پیرو ولتاژ رفتار می کند.

کاربرد ها

در زیر کاربرد های IC 741 Op Amp در موارد مختلف ذکر شده است:

• تقویت کننده ها: 741 IC بیشتر برای تقویت سیگنال های فرکانس های مختلف از DC تا فرکانس های رادیویی بالاتر استفاده می شود. همچنین در تقویت کننده های انتخابی فرکانس که سیگنال فرکانس های ناخواسته را فیلتر می کنند، سیستم های کنترل صدا در سیستم های استریو، Hi Fi و … نیز استفاده میشود.
• محاسباتی: بسیاری از مدارهای الکترونیکی که عملیات ریاضی را انجام می دهند از 741 Op-Amp استفاده می کنند.
• یکسو کننده ها: دیودهای معمولی مورد استفاده در یکسوساز ها افت ولتاژ دارند که آن را برای یکسوساز های سیگنال با دقت بالا نامناسب می کند. آی سی 741 را می توان پیکربندی کرد تا به عنوان یک دیود ایده آل عمل کند ، یعنی بدون افت ولتاژ و می تواند در مدارهای یکسوساز دقیق استفاده شود.
• اسیلاتور ها: Op-Amp IC 741 به عنوان یک نوسان ساز در مولدهای تابع برای ایجاد شکل موج های خروجی مختلف مانند سینوسی ، مربع ، مثلث و … استفاده می شود. همچنین در مدولاسیون عرض پالس (مولد های PWM) استفاده می شود
• مقایسه کردن: از آی سی 741 می توان برای مقایسه سیگنال های ولتاژ و تعیین اینکه ولتاژ آنها تقریباً یکسان است استفاده کرد.
• ADC / DAC: از 741 Op-Amp می توان برای ایجاد مبدل های دیجیتال به آنالوگ استفاده کرد که می تواند ورودی باینری دیجیتال را از کامپیوتر ها یا میکروکنترلر ها گرفته و سیگنال آنالوگ مربوطه ایجاد کند. به همین ترتیب ، در مدارهای آنالوگ به دیجیتال نیز قابل استفاده هستند.