Entendendo o Amplificador Operacional 741: Um Guia Completo

O novo e aprimorado Amplificador Operacional de Circuito Integrado 741 está rapidamente abrindo caminho no campo tecnológico. Além de oferecer flexibilidade de circuito em circuitos analógicos, ele veio muito longe em sua aplicação em computadores analógicos. Com vários pinos no local, ou seja, 8 no total, o Amplificador Operacional IC 741 executa sua função efetivamente enquanto depende de feedback externo para regulação. O que mais, sua aplicação em circuitos e dispositivos eletrônicos o torna adequado e seguro.
Para aprender mais sobre a importância deste amplificador em seu mecanismo de ação, especificações e aplicações, continue lendo.

1. O que é o Amplificador Operacional 741?

Geralmente, um amplificador operacional, também conhecido como Op-Amp, é um circuito integrado de estado sólido de alto ganho de tensão (aprox. 100dB). Seu design é principalmente recomendável para executar computações analógicas. Ou seja, sua função é realizar operações matemáticas como integração, subtração, diferenciação, adição, entre outras.

Além disso, combinado com componentes externos, por exemplo, capacitores e resistores, para produzir um mecanismo de feedback obrigatório, você pode usá-lo como amplificador. Também, você poderia transformá-lo em um comparador ou filtro.

Indubitavelmente, há uma variedade de ICs Op-Amp compondo os componentes vitais da circuitaria analógica. No entanto, nos deteremos especificamente no Op-Amp comumente usado, o IC 741 Op Amp.

Definição do IC 741 Op Amp

Um IC 741 op-amp compreende o circuito Op-Amp de propósito geral, mas com uma característica excepcional de um chip monolítico no circuito integrado.

Semicondutores Fairchild tiveram a primeira fabricação de um op-amp 741 em 1963. Desde então, 741 tem sido um indicador deste amplificador operacional, no qual ele tem um pino de saída, quatro pinos de entrada e sete pinos funcionais.

Características de um 741 Op-Amp

O circuito integrado Op-Amp tem as seguintes características;

• Primeiro, um ganho de tensão de cerca de 200000.
• Então, uma faixa de frequência do sinal do amplificador é de 0Hz a 1MHz.
• Também, a saída é abaixo de 100 ohms.
• Impedância de entrada acima de 100 kilo-ohms.
• Finalmente, baixa tensão de offset e corrente de offset de entrada.

2. Especificações do IC 741 Op-Amp

Algumas de suas especificações básicas são:

• Fonte de alimentação: Pode lidar com tensão de 5V, enquanto o máximo pode chegar a 18V
• Impedância de saída: Aproximadamente 75Ω.
• Impedância de entrada: Aproximadamente 300 KΩ a 2MΩ (megaohms)
• Ganho de tensão: Pode ser 20000 a 200000 em casos de baixas frequências (20 ou 200V/Mv)
• Corrente de saída máxima: Cerca de mA.
• Faixa de offset de entrada: Tem uma faixa de 2mV a 6mV.
• Taxa de variação (Slew rate): Constantemente em 0,5 V/µS (microsegundo) – uma taxa ideal de Op-Amp pela qual ele pode detectar facilmente mudanças na tensão.
• Carga de saída: Frequentemente mais de 2KΩ (Kilo Ohms).
• Largura de banda: Em 500KHz a 1.5MHz.
• Temperatura de operação: De 0° a 70°C.
• Resposta transitória: É inclusiva do tempo de subida e porcentagem de overshoot. Então, é inversamente relacionada à largura de banda de ganho unitário do Op-Amp.

Resumindo, tais especificações, especialmente a alta classificação de ganho, pequena saída e altas impedâncias de entrada, quase garantem o IC 741 como o amplificador de tensão mais adequado. Consequentemente, torna mais simples inserir um sinal de corrente CC ou CA na entrada para aumentar a chance de obter um nível mais alto na saída.

(op-amp ideal).

No entanto, as especificações às vezes variam de um fabricante para outro. Portanto, consulte o datasheet para precisão antes de trabalhar no amplificador.

3. Funcionamento do IC 741 Op-Amp

Abaixo está um diagrama de circuito de um 741 Op-Amp padrão com 20 transistores e 11 resistores, com incorporação em um chip monolítico.

Princípio de funcionamento

• Primeiro e acima de tudo, as entradas não-inversora e inversora têm conexão com os transistores NPN, Q2 e Q1, respectivamente. Esses dois transistores assimilam seguidores de emissor NPN e alimentam suas saídas para transistores PNP, Q3 e Q4. O par PNP atua como amplificador de base comum e isola a tensão de entrada enquanto também previne uma possível ocorrência de realimentação de sinal.

https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_amplifier#/media/File:Differential_amplifier_long-tailed_pair.svg

(um amplificador diferencial feito com transistores NPN)

Então, há o arranjo de pares de transistores Q13, Q14, e Q9, Q8, que formam dois circuitos espelho de corrente. Majoritariamente, o propósito dos dois espelhos de corrente é prevenir uma mudança no fluxo de corrente no circuito interno durante oscilações de tensão de uma entrada de Op-Amp. Além disso, reduz as chances de uma anulação mantendo a faixa de operação ativa dos transistores.

Em terceiro lugar, os transistores controladores, Q12 e Q8, definem a tensão base-emissor do outro transistor no par correspondente.

Também, para permitir apenas uma quantidade necessária de fluxo de corrente, você manterá a tensão no nível de frações de milivolts. Mais tarde, o circuito de entrada fica acoplado com os primeiros espelhos de corrente Q9 e Q8 e depois se junta ao circuito de saída com o segundo espelho de corrente, Q13 e Q12.

Além disso, transistores Q11 e Q10 formam o terceiro espelho de corrente.

Os dois, tendo uma conexão de alta impedância, conectam o negativo da fonte de alimentação e o circuito de entrada. Dá uma tensão de referência sem dar cargas ao circuito de entrada. Também, introduz uma pequena corrente de polarização de entrada de base, um requisito de transistores PNP na entrada do circuito amplificador de base comum.

Resistores 4.5 KΩ e 7.5 KΩ e o transistor Q15 previnem distorção de sinais no estágio amplificador de saída formando um circuito deslocador de nível de tensão. O circuito deslocador funciona diminuindo a tensão do circuito amplificador de entrada em 1V antes de prosseguir para o circuito subsequente.

Novamente, você pode usar os transistores Q20, Q17 e Q14 para formar o estágio de saída do 741 Op-Amp. Então, transistores Q22, Q19 e Q15 operarão como amplificadores de classe A.

Por fim, transistores Q7, Q6 e Q5 equilibram quaisquer lacunas ocorrendo no circuito diferencial de entrada. Frequentemente, seu arranjo permite que eles recebam duas entradas, (um offset null positivo e offset null negativo) então procedam para equilibrar as entradas não-inversora e inversora.

Nota; O design do 741 Op-Amp não tem ganho constante. Sua variação depende da frequência do sinal de entrada. Ou seja, à medida que a frequência do sinal de entrada aumenta, há uma redução no ganho e nas frequências de cerca de 100000 Hz.

4. Pinagem do 741 Op-Amp

Amplificador Operacional 741 – Pino2 e Pino3 (Entrada)

Estes são os pinos de entrada, com pino3 como entrada não-inversora e pino2 como entrada inversora para o circuito integrado. Os dois pinos trabalham simultaneamente no sentido de que uma tensão maior no pino2 do que a do pino3 (tensão maior na entrada inversora) abaixa o sinal de saída. Por outro lado, uma tensão maior no pino3 do que no pino2 (tensão maior na entrada não-inversora) faz o sinal de saída subir.

Amplificador Operacional 741 – Pino4 e Pino7 (Fonte de Alimentação)

O IC 741 obtém energia destes dois pinos, pino4 e pino7, para executar sua operação. O pino4 atua como terminal de tensão de alimentação -ve, enquanto o pino7 é o terminal de tensão de alimentação +ve. Além disso, a tensão no pino 4 e pino7 opera entre 5V e 18V.

Amplificador Operacional 741 – Pino6 (Saída)

O pino 6 é o pino de saída do IC 741. Sua tensão depende principalmente do mecanismo de feedback em uso e de um sinal de entrada nos pinos de entrada. Em todos os momentos, um sinal de saída alto indica que a tensão de saída é similar à tensão de alimentação positiva. Da mesma forma, uma saída baixa indicaria uma tensão de saída igual a uma alimentação negativa.

Amplificador Operacional 741 – Pino1 e Pino5 (Offset Null)

Como está nas especificações, um 741 op-amp fornece uma alta classificação de ganho. Assim, pode haver irregularidades durante o processo de fabricação ou distúrbios externos ocorrendo devido a diferenças de tensão nas entradas inversora e não-inversora. Consequentemente, pode perturbar a saída.

E assim, o propósito do pino1 e pino5 é anular o efeito aplicando uma tensão de offset de entrada. Para alcançar a aplicação, você usará um potenciômetro.

Pino8 (N/C)

Um pino 8 tem zero conexões com qualquer circuitaria na conexão interna de um 741 IC op-amp. Sua função é majoritariamente ser um terminal dummy que preenche espaços vazios em um pacote padrão de 8 pinos.

5. Tipos de Op-Amps em Uso

A melhor maneira de usar o IC 741 Op Amp é implementá-lo na configuração de malha aberta. A configuração está em ambas as entradas não-inversora e inversora.

Amplificador inversor

Como vimos, pino6 e pino2 são os pinos de saída e entrada, respectivamente. Uma tensão passada pelo pino2 dá saída no pino6. Uma polaridade +ve do pino de entrada i/p 2 leva a uma polaridade -ve no pino de saída o/p 6. Portanto, a entrada será sempre oposta à saída.

https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier_applications#/media/File:Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg (configuração de amplificador inversor).

Para calcular o circuito op-amp inversor, use a fórmula;

A = -Rf/R1

O sinal negativo é uma indicação da polaridade da forma de onda de saída estar em reverso.

Amplificador não-inversor

Com este amplificador, pino6 ainda é o pino de saída, enquanto o pino de entrada muda para pino3. Uma tensão dada ao pino3 resultará em uma saída do pino6. Uma polaridade positiva na entrada do pino3 leva a outra polaridade positiva no pino de saída o/p 6. Dessa forma, a saída não está no lado oposto.

Para calcular o circuito op-amp não-inversor, use a fórmula;

A = 1+ (Rf/R1)

Amplificador diferencial

Como o nome sugere, um amplificador diferencial amplifica a diferença de tensão presente nas entradas não-inversora e inversora.

Para seu cálculo, use a fórmula;

Vout = R3/R1 (V2-V1)

https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_amplifier#/media/File:Op-amp_symbol.svg

(ilustração da fórmula)

6. Aplicação do Amplificador Operacional 741

Algumas das amplas aplicações do IC 741 Op-Amp incluem;

Em geradores

Um op-amp 741 é aplicável aqui como oscilador em geradores padrão para gerar formas de onda de saída variadas, por exemplo, triangular, senoidal, onda quadrada, para citar alguns. Adicionalmente, você encontrará sua aplicação em Moduladores de Largura de Pulso / geradores PMW.

Criando DACs ou ADCs

Você pode usar um 741 op-amp para produzir circuitos analógico-digitais ou vice-versa. Em casos de conversores digital-analógico, ele usará entrada binária digital em microcontroladores ou computadores para criar um sinal analógico similar.

(chips microcontroladores)

Amplificador Operacional 741 – Em retificadores

Diodos regulares geralmente têm quedas de tensão tornando-os inadequados para retificadores de sinal de alta precisão. O 741 Op-amp pode atuar no lugar de um diodo para erradicar a queda de tensão.

Alcançando tarefas computacionais

A maioria dos circuitos eletrônicos realizando tarefas matemáticas como soma, diferenciação, etc., faz uso de um 741 op-amp.

Outros numerosos dispositivos que usam um amplificador operacional 741 são;

Um oscilador de frequência de áudio variável.

(um amplificador de áudio com IC Op-amp 741).

• Medidor de polaridade DC volt.
• Interruptor de toque térmico.
• Termômetro de sala eletrônica.
• Misturador de áudio para quatro canais.

Conclusão

Para concluir, conseguimos abordar a definição de um IC 741 Op Amp, suas características, especificações do produto, pinagem e aplicações. Eles compõem os fundamentos de um amplificador operacional 741. Para mais detalhes, consultas ou mais compreensão do tópico, entre em contato conosco. Estamos à sua disposição a todo momento.