¿Cuál es el verdadero circuito detrás de un opamp?

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Entonces, estudiante de primer año de EE, y acabo de enterarme de los amplificadores operacionales. Entiendo el modelo ideal y sé cómo analizarlos, y entiendo la idea detrás de ellos / el circuito que se nos mostró que está dentro de ellos. Excepto que ese no es el circuito real, tiene una fuente dependiente. Mi pregunta es, ¿qué hay realmente dentro de un amplificador operacional? Si reemplazáramos la fuente dependiente con fuentes reales, ¿qué veríamos? (Supongo que esto también es más una pregunta sobre '¿Qué son las fuentes dependientes, realmente?'). He buscado en todas partes y siempre encuentro la misma respuesta 'Las fuentes dependientes son herramientas útiles para modelar un circuito'. ¿Pero qué son realmente?

operational-amplifier circuit-analysis analog

— Mahmud Assamaray
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Incluso en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier tiene un esquema de 741.

— Dmitry Grigoryev

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Aquí hay un kit de $ 35 que puede hacer, que termina siendo el equivalente de un amplificador operacional 741 usando 13 transistores discretos 2N3904 y 7 2N3906. Tiene ocho postes de unión que representan los ocho pines del dispositivo.

Aquí hay un enlace a la hoja de datos, que incluye el esquema del kit (que se muestra a continuación) y una lista de materiales.

Compare eso con un 741 "real" de la hoja de datos de TI :

Son prácticamente iguales, incluso hasta los valores de resistencia.

También hay un "Principio de funcionamiento" de 11 páginas que detalla bastante cómo funciona. Y finalmente, tienen un Wiki .

— tcrosley
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También tenga en cuenta que no será tan bueno como un 741 en varias áreas, especialmente el voltaje de compensación y la deriva. Los transistores de entrada Q1 y Q2 no están emparejados ni acoplados térmicamente, los cuales son importantes para los amplificadores operacionales modernos (IC).

— WhatRoughBeast

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@WhatRoughBeast Por eso publiqué un enlace a la hoja de datos del kit, para que pueda comparar los parámetros con la hoja de datos de TI. Aún así, pensé que es una forma genial de aprender sobre las entrañas de un amplificador operacional, especialmente siguiendo el circuito como se explica en los Principios de Operación. Maneja temas como el voltaje de compensación, incluido el uso de los pines 1 y 5 de compensación nula.

— tcrosley

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"Vamos a necesitar una placa de prueba más grande".

— Chris O

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¡Esta es mi respuesta favorita en gran medida de todo el sitio! Ahora tengo que encontrar un circuito.

— StainlessSteelRat

¿Dónde puedo comprar este juguete?

— hkBattousai

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" Fuentes dependientes son herramientas útiles para modelar un circuito'. Pero, ¿qué son realmente? "

Con respecto a las "fuentes dependientes": discriminamos entre cuatro fuentes controlables (dependientes) diferentes:

Fuente de voltaje controlada por voltaje (VCVS), Fuente de voltaje controlada por corriente (CCVS), Fuente de corriente controlada por voltaje (VCCS) y fuente de corriente controlada por corriente (CCCS).

Ejemplos:

Transistores (bipolares y FET): VCCS
Amplificador operacional: VCVS
Amplificador de transconductancia operacional (OTA): VCCS
Transportador actual (segunda generación, CCII): CCCS.

En realidad, todas las fuentes dependientes no son ideales (impedancias de entrada y salida finitas, dependientes de la frecuencia). Eso significa que las fuentes dependientes reales se pueden modelar utilizando fuentes dependientes ideales junto con elementos "parásitos" (resistencias, condensadores)

— LvW
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¡Gracias! Esto realmente tiene sentido, finalmente. No entiendo por qué nunca

— repasamos

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@MahmudAssamaray Eres claramente, como yo, un alumno basado en la teoría. Tienes que entender los principios detrás de algo antes de que realmente puedas entenderlo. Desafortunadamente, somos una minoría y la mayoría de la enseñanza está dirigida a personas que aprenden los detalles de la superficie con mayor facilidad y encuentran que la teoría detrás de ese detalle es demasiado abstracta para comprenderla sin experiencia práctica primero. Intente revisar algunos libros de texto que no sean los que está utilizando, puede encontrar uno que tenga un estilo de enseñanza más apropiado para su estilo de aprendizaje.

— Jules

¿No son los transistores bipolares también CCCSes?

— user253751

No, ese es un error común (desafortunadamente, incluso en algunos libros de texto). Físicamente hablado: según la famosa ecuación de Shockleys, la corriente Ic se controla solo por el voltaje del emisor base Vbe. ¿Cómo podrían, por ejemplo, tres portadores cargados positivamente de la base liberar 333 portadores cargados (negativos) del emisor (suponiendo un valor beta de 300)?

— LvW

@Jules obligatorio 'hay literalmente docenas de nosotros' ... Es molesto ser el único en la clase con mi estilo de aprendizaje, especialmente cuando hago una pregunta, mis profesores generalmente lo rechazan y dicen 'esa es una pregunta demasiado profunda para el alcance de esta clase '. El autoaprendizaje / internet / stackoverflow son una bendición. Nunca he pensado en buscar otros libros de texto, ¡gracias por el consejo!

— Mahmud Assamaray

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Otras respuestas han sugerido mirar la implementación de amplificadores operacionales reales como un 741, pero desde una perspectiva de aprender cómo funcionan, la mejor manera de comenzar es con un sistema simplificado. El núcleo de un amplificador operacional es un par de cola larga . Esto puede ser construido y operado o analizado de forma aislada al resto de un amplificador operacional, y proporciona los fundamentos básicos de lo que un amplificador operacional es. Al observar el esquema 741, tenga en cuenta que los pares de transistores (Q1, Q3) y (Q2, Q4) están sustituyendo a los transistores individuales Q1 y Q2 en el diagrama de Wikipedia. Las resistencias en el circuito wikipedia están sustituidas con transistores para permitir que se optimice el comportamiento de ese amplificador central. El resto de los circuitos del 741 está diseñado básicamente para mejorar la respuesta de este amplificador (eliminar compensaciones, aumentar la ganancia, mejorar la respuesta de frecuencia, etc.), y no es estrictamente necesario para hacer el trabajo básico.

— Jules
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Busque 'Esquema LM709' o 'Esquema LM 741'. Esos fueron algunos de los primeros opamps disponibles y tienen esquemas bastante simples. Los opamps modernos se basan en principios similares, pero generalmente tienen circuitos más complejos (porque los transistores son mucho más baratos ahora y los requisitos de rendimiento siguen aumentando).

— jp314
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En los sitios web de los fabricantes de chips puede encontrar una amplia documentación sobre la mayoría de los circuitos integrados, incluidos los amplificadores operacionales que realmente utiliza en su laboratorio de electrónica. Dicha documentación a menudo incluye el diagrama esquemático. Especialmente para chips opamp.

— Roland
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