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Estructura inte rna del amplificador operacional μA741 Es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas. Principio de operación Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los amplificadores operacionales tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas: Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial. Amplificador de tensión: proporciona ganancia de tensión. Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos. Éste también proporciona una ganancia adicional. El dispositivo posee dos entradas: una entrada no inversora (+), en la cual hay una tensión indicada como V+ y otra inversora (–) sometida a una tensión VEn forma ideal, el dispositivo amplifica solamente la diferencia de tensión en las entradas, conocida como tensión de entrada diferencial (Vin = V+ - V-) La tensión o voltaje de salida del dispositivo Vout está dada por la ecuación: Vout = AOL(V+ - V-) = Vin En la cual AOL representa la ganancia del dispositivo cuando no hay realimentación, condición conocida también como "lazo (o bucle) abierto". En algunos amplificadores diferenciales, existen dos salidas con desfase de 180° para algunas aplicaciones especiales. Usado como fuente por muchos fabricantes, y en múltiples productos similares, un ejemplo de un amplificador operacional con transistores bipolares es el circuito integrado μA741 diseñado en 1968 por David Fullagar en Fairchild Semiconductor después del lanzamiento del circuito integrado LM301 creado por el ingeniero Robert John Widlar.

Aunque este dispositivo se ha utilizado históricamente en audio y otros equipos sensibles, hoy en día es raro su uso debido a las características de ruido mejoradas de los operacionales más modernos. Además de generar un "siseo" perceptible, el 741 y otros operacionales antiguos pueden presentar relaciones de rechazo al modo común muy pobres por lo que, generalmente, introducirán zumbido a través de los cables de entrada y otras interferencias de modo común, como chasquidos por conmutación, en equipos sensibles. Hoy en día el amplificador μA741 usualmente se utiliza para referirse a un operacional integrado genérico, como los dispositivos μA741, LM301, 558, LM342, TBA221 o un reemplazo más moderno como el TL071. La descripción de la etapa de salida del μA741 es cualitativamente similar a la de muchos otros diseños, que pueden tener etapas de entrada muy diferentes, exceptuando que: Algunos dispositivos (μA748, LM301 y LM308) no tienen compensación interna. Algunos dispositivos modernos tienen excursión completa de salida entre las tensiones de alimentación, lo que significa que hay unos pocos milivoltios por debajo de los valores máximo y mínimo de alimentación. Etapa de entrada Sistema de corriente constante Las condiciones de reposo de la etapa de entrada se fijan mediante una red de alimentación negativa de alta ganancia cuyos bloques principales son los dos espejos de corriente del lado izquierdo de la figura, delineados con rojo. El propósito principal de la realimentación negativa (suministrar una corriente estable a la etapa diferencial de entrada) se realiza como sigue. La corriente a través de la resistencia de 39 kΩ actúa como una referencia de corriente para las demás corrientes de polarización usadas en el integrado. La tensión sobre esta resistencia es igual a la tensión entre los bornes de alimentación (vs+ - vs-) menos dos caídas de diodo de transistor (Q11 y Q12), por lo tanto, la corriente es Ies = (vs+ - vs- - 2vbe)/(39 kΩ) El espejo de corriente Widlar formado por Q10, Q11, y la resistencia de 5Kohm genera una pequeña fracción de Iref en el colector de Q10. Esta pequeña corriente constante entregada por el colector de Q10 suministra las corrientes de base de Q3 y Q4, así como la corriente de colector de Q9. El espejo Q8/Q9 fuerza a la corriente de colector de Q9 a ser igual a la suma de las corrientes de colector de Q1 y Q2. Por lo tanto las corrientes de base de Q1

y Q2 combinadas (que son del mismo orden que las corrientes de entrada del integrado) serán una pequeña fracción de la ya pequeña corriente por Q10. Entonces, si la etapa de entrada aumenta su corriente por alguna razón, el espejo de corriente Q8/Q9 tomará corriente de las bases de Q3 y Q4, reduciendo la corriente de la etapa de entrada, y viceversa. El lazo de realimentación además aísla el resto del circuito de señales de modo común al forzar la tensión de base de Q3/Q4 a seguir 2vbe por debajo de la mayor de las dos tensiones de entrada.

Diagrama electrónico del operacional 741 Amplificador diferencial El bloque delineado con azul es un amplificador diferencial. Q1 y Q2 son seguidores de emisor de entrada y junto con el par en base común Q3 y Q4 forman la etapa diferencial de entrada. Además, Q3 y Q4 actúan como desplazadores de nivel y proporcionan ganancia de tensión para controlar el amplificador clase A. También ayudan a mejorar la máxima tensión Vbe inversa de los transistores de entrada (la tensión de ruptura de las junturas base-emisor de los transistores NPN Q1 y Q2 es de 7 V aproximadamente, mientras que los transistores PNP Q3 y Q4 tienen rupturas del orden de 50 V). El amplificador diferencial formado por los cuatro transistores Q1-Q4 controlan un espejo de corriente como carga activa formada por los tres transistores Q5-Q7 (Q6 es la verdadera carga activa). Q7 aumenta la precisión del espejo al disminuir la fracción de corriente de señal tomada de Q3 para controlar las bases de Q5 y Q6. Esta configuración ofrece una conversión de diferencial a asimétrica de la siguiente forma:

La señal de corriente por Q3 es la entrada del espejo de corriente mientras que su salida (el colector de Q6) se conecta al colector de Q4. Aquí las señales de corriente de Q3 y Q4 se suman. Para señales de entrada diferenciales, las señales de corriente de Q3 y Q4 son iguales y opuestas. Por tanto, la suma es el doble de las señales de corriente individuales. Así se completa la conversión de diferencial a modo asimétrico. La tensión en vacío en este punto está dada por el producto de la suma de las señales de corriente y el paralelo de las resistencias de colector de Q4 y Q6. Como los colectores de Q4 y Q6 presentan resistencias dinámicas altas a la señal de corriente, la ganancia de tensión a circuito abierto de esta etapa es muy alta. Nótese que la corriente de base de las entradas no es cero y la impedancia de entrada efectiva (diferencial) de un 741 es del orden de 2 MΩ. Las patas "offset null" pueden usarse para conectar resistencias externas en paralelo con las dos resistencias internas de 1 kΩ (generalmente los extremos de un potenciómetro) para balancear el espejo Q5/Q6 y así controlar indirectamente la salida del operacional cuando se aplica una señal igual a cero a las entradas. Etapa de ganancia clase A El bloque delineado con magenta es la etapa de ganancia clase A. El espejo superior derecho Q12/Q13 carga esta etapa con una corriente constante, desde el colector de Q13, que es prácticamente independiente de la tensión de salida. La etapa consiste en dos transistores NPN en configuración Darlington y utiliza la salida del espejo de corriente como carga activa de alta impedancia para obtener una elevada ganancia de tensión. El condensador de 30 pF ofrece una realimentación negativa selectiva en frecuencia a la etapa clase A como una forma de compensación en frecuencia para estabilizar el amplificador en configuraciones con relimentación. Esta técnica se llama compensación Miller y funciona de manera similar a un circuito integrador con amplificador operacional. También se la conoce como "compensación por polo dominante" porque introduce un polo dominante (uno que enmascara los efectos de otros polos) en la respuesta en frecuencia a lazo abierto. Este polo puede ser tan bajo como 10 Hz en un amplificador 741 e introduce una atenuación de -3 dB a esa frecuencia. Esta compensación interna se usa para garantizar la estabilidad incondicional del amplificador en configuraciones con realimantación negativa, en aquellos casos en que el lazo de realimentación no es reactivo y la ganancia de lazo cerrado es igual o mayor a uno. De esta manera se simplifica el uso del amplificador operacional ya que no se requiere compensación externa para garantizar la estabilidad cuando la ganancia sea unitaria; los amplificadores sin red de compensación interna pueden necesitar compensación externa o ganancias de lazo significativamente mayores que uno.

Circuito de polarización de salida El bloque delineado con verde (basado en Q16) es un desplazador de nivel de tensión (o multiplicador de Vbe); un tipo de fuente de tensión. En el circuito se puede ver que Q16 suministra una caída de tensión constante entre colector y emisor independientemente de la corriente que lo atraviesa. Si la corriente de base del transistor es despreciable, y la tensión entre base y emisor (y a través de la resistencia de 7.5 kΩ) es 0.625 V (un valor típico para un BJT en la región activa), entonces la corriente que atraviesa la resistencia de 4.5 kΩ será la misma que atraviesa 7.5 kΩ, y generará una tensión de 0.375 V. Esto mantiene la caída de tensión en el transistor, y las dos resistencias en 0.625 + 0.375 = 1 V. Esto sirve para polarizar los dos transistores de salida ligeramente en condición reduciendo la distorsión "crossover". En algunos amplificadores con componentes discretos esta función se logra con diodos de silicio (generalmente dos en serie). Etapa de salida La etapa de salida (delineada con cian) es un amplificador seguidor de emisor push-pull Clase AB (Q14, Q20) cuya polarización está fijada por el multiplicador de Vbe Q16 y sus dos resistencias de base. Esta etapa está controlada por los colectores de Q13 y Q19. Las variaciones en la polarización por temperatura, o entre componentes del mismo tipo son comunes, por lo tanto la distorsión "crossover" y la corriente de reposo pueden sufrir variaciones. El rango de salida del amplificador es aproximadamente un voltio menos que la tensión de alimentación, debido en parte a la tensión Vbe de los transistores de salida Q14 y Q20. La resistencia de 25 Ω en la etapa de salida sensa la corriente para limitar la corriente que entrega el seguidor de emisor Q14 a unos 25 mA aproximadamente para el 741. La limitación de corriente negativa se obtiene sensando la tensión en la resistencia de emisor de Q19 y utilizando esta tensión para reducir tirar hacia abajo la base de Q15. Versiones posteriores del circuito de este amplificador pueden presentar un método de limitación de corriente ligeramente diferente. La impedancia de salida no es cero, como se esperaría en un amplificador operacional ideal, sin embargo, se aproxima a cero con realimentación negativa a frecuencias bajas. Usos Calculadoras digitales Filtros Preamplificadores y búferes de audio y video

Reguladores Conversores Evitar el efecto de carga Adaptadores de niveles (por ejemplo CMOS y TTL) Rectificadores de precisión Circuito integrado LM741. Esta serie de componente electrónicos integrados corresponde a los amplificadores operacionales de propósito general que ofrecen un mejor rendimiento frente a los estándares industriales, como el LM709. El LM741 es el reemplazo directo de los CIs:709C, LM201, MC1439 y 748 en la mayoría de las aplicaciones. Los amplificadores ofrecen muchas características que hacen que su utilización sea casi infalible: Protección de sobrecarga en la entrada y la salida, su salida no queda con tensión cuando se excede el rango en modo común, ausencia de oscilaciones. Los LM741C/LM741E son idénticos a los LM741/LM741A salvo que el LM741C/LM741E tienen su funcionamiento garantizado en un rango de temperaturas de entre 0 ºC a +70 ºC, en lugar de -55 ºC a +125 ºC. Pines Aunque el chip dispone de ocho patillas (pines) tres de ellas se reservan para funciones especiales el resto, tienen asignadas las siguientes funciones: Pin Nº 2: entrada de señal inversora. Pin Nº 3: entrada de señal no inversora. Pin Nº 6: terminal de salida. Pin Nº 7: terminal de alimentación positiva (Vcc) Pin Nº 4: terminal de alimentación negativa (-Vcc) Alimentación La alimentación del circuito puede realizar mediante una sola pila o mediante dos, en cuyo caso se denomina alimentación simétrica. El amplificador operacional recibe este nombre porque inicialmente fue diseñado para poder realizar operaciones matemáticas con señales eléctricas formando parte de los denominados calculadores analógicos. Hoy en día se emplea en infinidad de aparatos e instrumentos de la industria, medicina. etc..

Características Entre las características más importantes que posee este circuito integrado, se pueden destacar: Alta impedancia (resistencia) de entrada: del orden de 1 MW , lo cual implica que la intensidad de corriente por los terminales de entrada será despreciable. Baja impedancia de salida: del orden de 150 W, pudiendo atacar cualquier carga (circuito) sin que su funcionamiento se modifique dependiendo del valor de ésta. Tensión máxima de alimentación: ±Vcc = ± 18 V. Implica que la tensión de salida nunca podrá superar a la de alimentación. Alta ganancia de tensión en lazo abierto (sin conectar ningún componente entre la salida y cualquiera de las entradas) con pequeños valores de tensión en los terminales de entrada se consiguen grandes tensiones de salida. APLICACIONES Este circuito integrado tiene muy diversas aplicaciones, utilizándose más usualmente en: seguidores de tensión de ganancia unidad, amplificadores no inversores, amplificadores inversores integradores, diferenciadores.

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 OpAmp 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

IC 741 OP AMP TUTORIAL IC PAQUETES 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 circui...