¿Cuál es el uso de dos fuentes de alimentación en un opamp?

Vea esto:

La línea de tierra normalmente no está conectada para suministrar un 741. No hay pin para ello. Por lo tanto, el 741 no puede tener ni la menor idea de lo que puede ser su potencial de tierra en comparación con la línea VEE; está contento si hay un voltaje suficientemente alto entre las líneas VCC y VEE.

Supongamos que su 741 hace algo útil y lo hace ya que esperamos que un opamp funcione en su región lineal. Luego, los transistores internos Q3 y Q5 necesitan un voltaje de operación adecuado. Viene de Q1.

Supongamos que UE = 2V es suficiente, se permite más, pero menos de 2V no es suficiente. Como seguramente sabrá por la teoría del seguidor de emisores, entonces U1 debe ser de aproximadamente 2,7 V o más.

Supongamos que su aplicación necesita que el 741 tenga que estar completamente operativo incluso en caso de que la entrada + esté conectada a tierra o reciba un voltaje de señal que ocurra ahora y luego sea cero voltaje por encima de su potencial de tierra. Para mantener operativo el 741, no hay otra posibilidad más que conectar la línea VEE a un voltaje negativo y debe ser al menos 2,7V por debajo de cero. Si debe colocar voltajes de señal negativos en la entrada +, entonces se necesita aún más espacio. -3V a + fuerza de entrada para usar VEE = -5,7V

Si desea obtener voltajes negativos o incluso cero en la salida, también necesita un VEE negativo.

Esté informado de que puede conectar VEE a tierra, pero entonces todos los voltajes de entrada deben estar lo suficientemente lejos de cero. Si el UE mínimo de 2V es verdadero, entonces U1 debe ser al menos 2,7V

El límite de 2V es mi simplificación aproximada para mantener los números cortos, puede leer en la hoja de datos cuánto debe ser menor el VEE que la entrada.

AGREGAR: Usted puede encontrar fácilmente opamps simples (digamos 3704) que se anuncian para trabajar desde un único suministro positivo. Si observa sus esquemas interiores, verá que simplemente han reflejado las etapas de entrada PNP. Allí, la reserva de voltaje es una necesidad entre la entrada y la línea VCC. Todavía se necesita un suministro doble, si desea tener voltajes de entrada o salida de + y -.

Los terminales de riel a riel usan circuitos de entrada que no necesitan esa sala de voltaje entre el riel y la entrada. Tienen salidas fet que pueden llevar la salida a ambos rieles si es necesario.

El uA741 NO requiere suministros dobles. Requiere la capacidad de sesgar el punto de operación de los amplificadores internos entre el voltaje de la fuente de alimentación y la forma más fácil de lograrlo es con una fuente doble. Consulte la hoja de datos en la sección 7.2. Aunque el suministro se muestra como VCC + y VCC, no se muestra ninguna conexión a tierra. La decisión sobre dónde podría estar el punto de tierra es compleja y depende de la configuración de la polarización de entrada y de la carga de salida. Por ejemplo, podría tener una carga que va desde la salida a VCC + que cambiaría las características de corriente de salida que usted esperaría.

El mayor problema que tienen los nuevos usuarios es que el 741 es en realidad un amplificador operacional de muy alto voltaje, por lo que necesita un suministro de 10 V (+/- 5V) para cumplir con las condiciones de funcionamiento recomendadas. Observe en la sección 6.4 que se garantiza que la oscilación de salida será de 20 V pico a pico dentro de una fuente de 30 V (+/- 15V). La amplitud de salida en relación con el suministro es muy restringida, especialmente a medida que aumenta la carga en la salida.

El 741 se usa en el material del curso porque se analiza fácilmente: aquí es un análisis de DC típico, pero hay muchos, tanto AC como DC.

La imagen de abajo muestra lo que debe pensar al elegir los rieles de alimentación para su amplificador operacional: -

Losamplificadoresoperacionalesmáscomunes(741incluidos)nopueden:-

• Trabajeconvoltajesdeentradademasiadocercadelrielpositivo
• Trabajeconvoltajesdeentradademasiadocercadelrielnegativo
• Producirvoltajesdesalidaqueesténdemasiadocercadelosrielesdealimentación

Entonces,sisuaplicacióndecircuitononecesitamedirdirectamenteyproducirvoltajescercadelosrielesdealimentación,entonceslafuentedealimentaciónde-Vpuedeseratierrao0voltios.

SisuaplicaciónesunamplificadordeCCcuyaseñaldeentradapuedeserde0voltiosaunvalorpositivorazonable,entoncesdeberíabuscarunamplificadoroperacionalcuyorangodevoltajedeentradademodocomúnincluyaelrielnegativooproporcionarunnegativoCarrilde3voltiosomás.

Silasalidatambiéntienequecaercercadelrielnegativo,entoncespodríaconsiderarunamplificadoroperacionalde"riel a riel" aunque todavía hay serias limitaciones para llegar a 10 mV del riel negativo. Nuevamente, esto se resuelve al proporcionar un pequeño riel negativo al amplificador operacional para dar más espacio para la cabeza.

Si su aplicación es un amplificador de CC cuya señal de entrada es bipolar en torno a 0 voltios, naturalmente, elegiría un diseño que tenga una fuente de alimentación de riel negativo. Estoy seguro de que hay algunas excepciones a esta regla con algunos amplificadores operacionales más especializados, pero el 741 definitivamente no es uno de ellos.

El diseño de un 741 opamp tiene 50 años (!) y su rendimiento es muy malo en comparación con los nuevos opamps. Dale un beso de despedida y entiérralo. Tal vez su profesor universitario tenga 80 años y nunca haya visto las especificaciones más nuevas de un opamp.