Какова истинная схема позади операционного усилителя?

Итак, студент первого курса EE, и я только что узнал об операционных усилителях. Я понимаю идеальную модель и знаю, как их анализировать, и понимаю идею, стоящую за ними / схему, которую нам показали, которая находится внутри них. За исключением того, что это не настоящая схема, у нее есть зависимый источник. У меня вопрос, что на самом деле внутри операционного усилителя? Что бы мы увидели, если бы мы заменили зависимый источник реальными источниками? (Я полагаю, что это также больше вопрос о том, «Что такое зависимые источники, на самом деле?»). Я искал везде, и я всегда нахожу один и тот же ответ: «Зависимые источники являются полезными инструментами для моделирования схемы». Но что они на самом деле?

Вот набор за 35 долларов , который вы можете сделать, который в итоге будет эквивалентен операционному усилителю 741 с использованием дискретных транзисторов 13 2N3904 и 7 2N3906. Он имеет восемь клемм, представляющих восемь контактов устройства.

Вот ссылка на таблицу данных, которая включает в себя схему для комплекта (показано ниже) и спецификацию.

Сравните это с "настоящим" 741 из таблицы данных TI :

Они практически одинаковы, даже до значений резистора.

Существует также 11 страниц «Принципы работы», в которых подробно рассказывается о том, как это работает. И наконец, у них есть вики .

« Зависимые источники являются полезными инструментами для моделирования схемы». Но что они на самом деле? »

Относительно «зависимых источников»: мы различаем четыре различных контролируемых (зависимых) источника:

Управляемый напряжением источник напряжения (VCVS), Управляемый током источник напряжения (CCVS), Управляемый напряжением источник тока (VCCS) и управляемый током источник тока (CCCS).

Примеры:

• Транзисторы (биполярные и полевые): VCCS

• Операционный усилитель: VCVS

• Операционный усилитель трансдуктивности (OTA): VCCS

• Текущий конвейер (второе поколение, CCII): CCCS.

В действительности все зависимые источники не идеальны (конечные входные и выходные импедансы, зависящие от частоты). Это означает: реальные зависимые источники могут быть смоделированы с использованием идеальных зависимых источников в сочетании с «паразитными» элементами (резисторами, конденсаторами)

В других ответах предлагалось взглянуть на реализацию реальных операционных усилителей, таких как 741, но с точки зрения изучения того, как они работают, лучше всего начать с упрощенной системы. Ядро операционного усилителя - длиннохвостая пара . Это может быть построен и управляется или проанализированы в изоляции к остальной части ОУ, и обеспечивает основные основы того , что операционный усилитель является, Рассматривая схему 741, обратите внимание, что пары транзисторов (Q1, Q3) и (Q2, Q4) заменяют одиночные транзисторы Q1 и Q2 на схеме в Википедии. Резисторы в схеме Википедии заменены транзисторами, что позволяет оптимизировать поведение этого основного усилителя. Остальные схемы 741 в основном предназначены для улучшения отклика этого усилителя (устранения смещений, увеличения усиления, улучшения частотной характеристики и т. Д.) И не являются строго необходимыми для выполнения основной работы.

Ищите «схему LM709» или «схему LM 741». Это были одни из первых доступных операционных усилителей с достаточно простой схемой. Современные операционные усилители основаны на схожих принципах, но, как правило, имеют более сложные схемы (потому что транзисторы теперь намного дешевле, а требования к производительности продолжают расти).

На сайтах производителей микросхем вы можете найти обширную документацию по большинству микросхем, включая операционные усилители, которые вы фактически используете в своей лаборатории электроники. Такая документация часто включает принципиальную схему. Особенно для операционных чипов.