Diskreter Ausfbau eines µA741

Jonas schrieb:

> Hallo Leute,
>
> Ich bin neu hier und habe ein Problem: Ich möchte für eine
> Schulfacharbeit einen µA 741 Operationsverstärker diskret aufbauen.
> Meine Frage ist nur ob ich die Schaltung aus dem Datenblatt mit
> einfachen Bipolar-Transistoren aufbauen kann oder was ich beachten muss.
> Vielen Dank schon einmal für eure Hilfe.
>
> Jonas

Rein zufällig fand ich heute die Innenschaltung eines 741 in den 
Beispielen von LTspice. Aber frag mich nicht wo, es sind Hunderte.

Möglicherweise kann man die auch gleich für eine Simulation gebrauchen.

Dazu müßte man die Größenverhältnisse der Transistoren kennen und die 
Ströme, die stehen wahrscheinlich nicht im Datenblatt. Ansonsten ist es 
bipolar nicht so schwer, denn die Steilheit hängt nur von Strom und 
Temperaturspannung ab. Generell sollte man bei OPVs Transistoren 
matchen, d.h. so paaren, dass sie annähernd gleiche Eigenschaften haben. 
Diskret geht das nur mit Komponenten, wo mehrere Transistoren in einem 
Package sind.

Zum OPV-Design kann ich zusätzlich noch dieses Buch hier empfehlen: 
http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-94-007-0596-8
Eventuell wäre es sinnvoller, eine einfachere Struktur als den 741 
aufzubauen?

An sich kann man normale kleine Transistoren nehmen. Die Performance 
wird besonders bei den Stromspiegeln nicht so gut sein, weil der 
thermische Kontakt nicht so gut ist, und die Transistoren auch ggf. 
abweichen. Ggf. müsste man mit kleinen Widerständen am Emitter etwas 
nachhelfen.

Einige OPs nutzen PNP Transistoren so, dass sie ggf. auch mal eine recht 
hohe Basis Emitter-Spannung in Sperrrichtung oder Revers 
Spannungbekommen. Das geht bei der etwas ungewöhnlichen (sonst eher 
schlechten) Type im IC, aber die Übliche Transistoren vertragen nur etwa 
5-8 V. Ob das auch beim 741 der Fall ist, weiss ich nicht.

741

Hallo, soweit ich mich erinnern kann, wurde bei uns an der BS früher 
schon mal diskret aufgebaut.
Als NPN Transistor kam der SF829D
und als PNP der SF819D zum Einsatz.

>Du brauchst auf jeden Fall für die Eingangs-
>stufe einen speziellen, auf gleiche Daten ausgemessenen
>Doppeltransistor, der heutzutage kaum noch erhältlich ist.

AD produziert noch welche zu einem sehr günstigem Preis.
http://www.analog.com/en/special-linear-functions/matched-transistors/mat01/products/product.html

So kritisch ist das mit den Transistorpaaren nicht. Die am Eingang geben 
ggf. ein paar 10 mV Offset. Für die Stromspiegel gibt es noch relativ 
günstige BCV61 / BCV62. Wohl nicht 1 Chip, aber meist gut genug, und im 
Zweifelsfall halt 2 mal 22 Ohm dazu.

Wow ich bin beeindruckt über die vielzahl der Antworten in der kurzen 
Zeit, Respekt!
Aber um eines erst einmal klarzustellen: Genau das, was gegen mein 
Vorhaben spricht, also die schlechteren Eigenschaften der diskreten 
Schaltung, soll unteranderem Thema der Facharbeit werden.
Also dürfte für diesen Zweck ein direkter Nachbau nach dem Datenblatt 
eher unkritisch sein, richtig?
Eignen sich für den Nachbau Universaltransistoren wie zum Beispiel BC 
557 und BC 547?

Jonas

Und nochwas:
Der Schaltplan, den tom69 weiter oben gepostet hat, unterscheidet sich 
in der Beschaltung einiger Transistoren ein wenig von dem, welchen ich 
als Vorlage nutze. Bei meinem sind die Basen einiger Transistoren nicht 
verdrahtet.
Welchen Sinn macht das im Allgemeinen und kann ich die Basen der 
betroffenen Ts einfach so verbinden wie im schaltplan von tom69?

So wie das aussieht wird es nicht funktionieren.
Q5 und Q6 sind kein Stromspiegel mehr ohne den Entlastungstransistor Q7.
Der Darlington-Verstärker aus Q16 und Q17 wird so auch nicht 
funktionieren, der muß mit dem Ausgang des Differenzpaares verbunden 
sein.

Warum probiert ihr nicht zuerst einen einfachen, zweistufigen OPV? 
http://www.ohio.edu/people/starzykj/webcad/ee715/lab2.html
Den 741 mit Halbwissen zum Laufen zu kriegen, selbst in einer 
Simulation, halte ich für ziemlich aussichtslos.

Nochmal zu den unbelegten Basen: Ist der Schaltplan von tom69 denn so 
richtig?

Jonas schrieb:
> Aber um eines erst einmal klarzustellen: Genau das, was gegen mein
> Vorhaben spricht, also die schlechteren Eigenschaften der diskreten
> Schaltung, soll unteranderem Thema der Facharbeit werden.

Täusche Dich da mal nicht. Ein gut designter diskreter Aufbau schlägt 
den 741 locker.

Wie schon ewähnt wurde, entspricht die gezeigte Innenschaltung des 741 
immer noch eher einem Blockschaltbild als der Realität.

Das Ziel einer Integration war auch damals schon das Senken von 
Herstellungskosten beim Anwender, der die Teile zu irgendetwas verbaut. 
Und solange die gewünschte Funktion akzeptabel erfüllt wird, war es doch 
ausreichend.

Ok mag sein, dass sich auch diskret ein durchaus gut funktionierender 
Operationsverstärker aufbauen lässt, jedoch nicht mit meinem 
Wissensstand denke ich ;). Zu dem reicht es in meinem Fall einfach aus 
zu zeigen, dass ohne auf einander abgestimmte Transistoren, wie es bei 
der monolithischen Fertigung leicht möglich ist, das ergebnis wesentlich 
schlechter ist.

Jonas

Hallo Helmut,

danke für den Tipp ich werds mal ausprobieren.

Jonas

Jonas schrieb:
> Bei meinem sind die Basen einiger Transistoren nicht verdrahtet.
Jonas schrieb:
> Nochmal zu den unbelegten Basen: Ist der Schaltplan von tom69 denn so
> richtig?

Dann ist der unvollständig und du solltest einen funktionierenden 
nehmen. Du kannst ihn ja erst la in LTSpice simulieren.

Es wird wahrscheinlich keine Hilfe für dich sein, weil ich die genaue 
Quelle nicht kenne, aber trotzdem: Es gibt von Motorola eine Abhandlung 
über diskret aufgebaut Operationsverstärker aus den 1980/90ern. Hat sich 
so manch HighEnd HiFi Hersteller zu eigen gemacht.

Für alle die es interessiert: Es funktioniert alles supi: Ich hab nach 
dem Schaltplan, den tom69 weiter oben gepostet hat den OP aufgebaut und 
in eine astabile Kippstufe eingebaut. Im Vergleich zur selben 
beschaltung eines ICs kann man am Oszilloskop sehr schön die immer 
schlechteren Flanken bei steigender Frequenz sehen. Für meine Facharbeit 
ideal :)).
Wer den diskreten Aufbau als Alternative nutzen will und genaure 
Ergebnisse haben will sollte sich wohl eher an die Tips meiner Vorredner 
halten :P.
Jonas

Jonas schrieb:
> Ich hab nach
> dem Schaltplan, den tom69 weiter oben gepostet hat den OP aufgebaut

Wie jetzt? Du hast den diskret nach dem oben geposteten Schaltplan 
aufgebaut? Wie hast du das dann mit Q8/Q9 und Q12/Q13 und Q10/Q11 
gemacht? Ohne Emitterwiderstände? Hast du mal die 
Stromsymmetrie/verhältnisse geprüft?

> Im Vergleich zur selben
> beschaltung eines ICs kann man am Oszilloskop sehr schön die immer
> schlechteren Flanken bei steigender Frequenz sehen.

Naja, kein Wunder, wenn du die Dimensionierung aus der o.g. Schaltung 
übernommen hast, weil die Ströme im 741 ja nicht für die vergleichsweise 
riesigen diskreten Transistoren gemacht sind.