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
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.
Jonas schrieb: > Ich möchte für eine Schulfacharbeit einen µA 741 Operationsverstärker > diskret aufbauen. Das ist keine sehr gute Idee. Die im Datenblatt dargestellte Schaltung ist nur eine grobe Nachbildung des wirklich verwen- deten Aufbaus. Du brauchst auf jeden Fall für die Eingangs- stufe einen speziellen, auf gleiche Daten ausgemessenen Doppeltransistor, der heutzutage kaum noch erhältlich ist. Trotzdem wird Deine Schaltung wesentlich schlechtere Daten als der741selbst haben und vermutlich auch schwingen. In meinem Tietze/Schenk 2.Auflage, sind typische OPV-Schaltungen abgebildet und auch einigeBerechnungsformeln dafür. Ich denke, Du wirst mit solchen Schaltungen weiterkommen. Gruss Harald PS: Mir ist gerade eingefallen: In einer der ersten Elektor- Zeitschriften gibt es eine Beschreibung einer OPV-Schaltung aus diskreten Bauelementen. Die alten Zeitschriften sollte man noch in guten Leihbüchereien finden.
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
Wenn es etwas billiger werden darf mit etwas schlechteren Eigenschaften: BC847s http://www.infineon.com/dgdl/bc846s_bc846u_bc847s.pdf?folderId=db3a304314dca389011541d30fa21656&fileId=db3a304314dca3890115423ee6b71751
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
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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?
Diese Transistorpaare solltest du auf gleiches Ube bei dem Strom im Arbeitspunkt selektieren. Q8, Q9 Q5, Q6 Q10, Q11 Q12, Q15 Q1, Q2 Q3, Q4 Zusätzlich solltest du diese Pärchen jeweils thermisch koppeln (zusammenkleben oder klammern).
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Hi, ich hab schon ein paar diskrete OPV gebaut, einfach, weil ich sie als HV-Ausführungen benötigt habe. Dabei verwendete ich "Wald-und-Wiesen-"Bauteile, die am Ende eine zufriedenstellende Funktion des fertigen Bausteins gewährleisteten. Also auch ohne spezielle Doppeltransistoren o.Ä. ist das möglich. Nichtmal ausgemessen hab ich die, aus einer Charge sind aber alle. Mfg.
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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.
> Also auch ohne spezielle Doppeltransistoren o.Ä. ist das möglich.
In deinen Schaltungen hast du bestimmt keinen einzigen Stromspiegel ohne
zusätzlichen Emitter-Widerstand verwendet. In Opamps gibt es die aber
und da bekommt man ein völlig falsches Stromverhältnis schon bei wenigen
mV delta-Ube.
10mV Unterschied -> 45% Stromfehler
Deshalb ist eine Selektion notwendig. Du hast doch fünfzig Stück in der
Tüte und Zeit zum Ausmessen hast du auch.
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Jonas schrieb: > 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? Nicht ganz direkt, aber zumindest sehr nah. Die integrierten Stromspiegel wirst du diskret nicht hinbekommen. Zumal da (nicht eingezeichnet) auch gern mal ganz bestimmte, von 1 verschiedene Spiegelverhältnisse verwendet werden. Weil wie so oft, ist es integriert einfacher, bestimmte Verhältnisse einzuhalten, als absolute Werte. Für die Stromspiegel solltest du also überall Emitterwiderstände vorsehen. > Eignen sich für den Nachbau Universaltransistoren wie zum Beispiel BC > 557 und BC 547? Im Prinzip ja. XL
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
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Hallo Jonas, nimm die Schaltung die in LTspice als Beispiel drin ist. In der ersetzt du jetzt die Transistoren durch deine BCxxx und schaust ob die Simulation noch gute Ergebnisse liefert. Dabei sind die Transistoren in der Simulation natürlich supergleich im Gegensatz zur Realität. Wenn du Lust und Zeit hast, kannst du in der Simulation Ube-Unterschiede einfügen um zu sehen wie sich das auswirkt. Die Datei LM741.asc ist das Originalbeispiel aus der LTspice Installation. C:\Program Files (x86)\LTC\LTspiceIV\examples\Educational Gruß Helmut http://ltspice.linear-tech.com/software/LTspiceIV.exe
Viele der angewandten Schaltungen in Operationsverstärkern "leben" davon, dass alle Teile brav auf einem Substrat rumhängen. Wahrscheinlich wird Dir ein Nachbau thermisch weglaufen. Da nutz auch keine normale Simulation was.
Hallo Helmut, danke für den Tipp ich werds mal ausprobieren. Jonas
> Wahrscheinlich wird Dir ein Nachbau thermisch weglaufen. Da nutz auch
keine normale Simulation was.
Das weiß der Fragesteller. Er will ja zeigen, dass so ein diskreter
Aufbau verschiedene Nachteile hat.
Ich finde das eine gute Idee sich mal das Innenleben anzuschauen.
Dauernd werden hier Schaltungen geposted in denen einfach an den Eingang
gedankenlos Masse angelegt wird obwohl auch die negative
Versorgungspannung an Masse gelegt wurde (single supply). Viele Opamps
können das nicht. Wer weiß wie so ein Opamp typischerweise aufgebaut
ist, wird diesen Fehler nicht mehr machen.
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@Helmut Das ist wohl richtig. Eine relativ aufwändige Schularbeit vorzustellen die mit dem Fazit endet: "Hier könnt Ihr sehen, dass es so recht problematisch ist...", ist aber nicht jedermanns Sache.
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.
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