verbirgt sich hinter einem OPV ein Transistor?

Michel M. schrieb:
> https://en.wikipedia.org/wiki/Operationa

das ist ja alles auf Englisch :-(, da verstehe ich leider nicht so viel.

Viele oder sehr viele Transistoren und Widerstände und auch mal ein oder 
mehrere Kondensatoren.

Die Suchmaschinen finden auch Seiten in Deutsch. Vom 741 gibt es auch 
einen diskreten Nachbau der Schaltung.

Siegrid N. schrieb:
> das ist ja alles auf Englisch :-(, da verstehe ich leider nicht so viel.

Dann nimm halt die Deutsche Version:-)
https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverstärker#Innenaufbau_(Innenschaltung)_des_µA741

Der Zahn der Zeit schrieb:
> ein oder mehrere Kondensatoren

könnte man so eine Schaltung von einen OPV auch in LTSpice aufbauen und 
das Verhalten direkt mit den Kondensatoren, Widerständen und 
Transistoren simulieren?

Siegrid N. schrieb:
> Der Zahn der Zeit schrieb:
>> ein oder mehrere Kondensatoren
>
> könnte man so eine Schaltung von einen OPV auch in LTSpice aufbauen und
> das Verhalten direkt mit den Kondensatoren, Widerständen und
> Transistoren simulieren?

Na klar doch, hat Dir noch keiner gesagt das es Operationsverstärker 
schon vor Erfindung des IC's gab?!
Die ersten sollten noch aus Röhren gewesen sein, schau mal unter 
Analogrechner 
https://de.wikipedia.org/wiki/Analogrechner#Elektronische_Analogrechner

Siegrid N. schrieb:
> könnte man so eine Schaltung von einen OPV auch in LTSpice aufbauen und
> das Verhalten direkt mit den Kondensatoren, Widerständen und
> Transistoren simulieren?

siehe Anhang

Siegrid N. schrieb:
> könnte man so eine Schaltung von einen OPV auch in LTSpice aufbauen und
> das Verhalten direkt mit den Kondensatoren, Widerständen und
> Transistoren simulieren?

Ja, kann man, machen die Chipdesigner auch. Allerdings hängt alles an 
den richtigen Parametern in den Modellen.

In der von Toxic angehängten Schaltung sind alle npn bzw. pnp gleich, im 
echten 741 aber längst nicht, deswegen wird das mit der gezeigten 
LM741.asc simulierte Verhalten vom realen deutlich abweichen.

Siehe dazu z.B.:
http://www.righto.com/2015/10/inside-ubiquitous-741-op-amp-circuits.html

Man kann sich aus Transistoren sogar selbst einen 741 bauen ;-)

Als Bausatz!

https://www.evilmadscientist.com/2014/the-xl741/

Siegrid N. schrieb:
> könnte man so eine Schaltung von einen OPV auch in LTSpice aufbauen und
> das Verhalten direkt mit den Kondensatoren, Widerständen und
> Transistoren simulieren?

Könnte man. Leider hätte dieser OP dann nicht z.B. 1µA 
Ruhestromaufnahme, sondern 1A. Und könnte 1KHz statt 10MHz.
Das Problem: es gibt als diskrete, aktive Bauteile nicht ansatzweise so 
kleine Typen, wie sie in ICs vorkommen. Ich suche sowas oft 
händeringend, keine Ahnung, warum es das nicht gibt.
Offenbar kann man so empfindliche Teile schlicht nicht auf 
normalsterbliche Entwickler oder gar Bastler loslassen.

Ganz so schlimm ist es mit den einzelnen Transistoren nicht. Allerdings 
fehlt dann die thermische Kopplung und Symmetrie, so dass die drift 
schlechte werden kann. Die im IC so beliebten Stromspiegel funktionieren 
mit einzelnen Transistoren nicht so gut. Wegen größerer Transistoren 
braucht man ggf. etwas mehr Strom um ähnlich schnell zu werden.

Bei der 741 internen Schaltung hätte man aber ein Problem die 
"schlechten" lateralen PNPs zu bekommen: die haben eine lausige 
Verstärkung aber dafür eine hohe erlaubte Basis- Emitter-spannung in 
Sperrrichtung.

Siegrid N. schrieb:
> das ist ja alles auf Englisch :-(, da verstehe ich leider nicht so viel.

https://www.sprachnudel.de/woerterbuch/keine+arme%2C+keine+kekse

Siegrid N. schrieb:
> Michel M. schrieb:
>> https://en.wikipedia.org/wiki/Operationa
>
> das ist ja alles auf Englisch :-(, da verstehe ich leider nicht so viel.

Dann frag mal das Wörterbuch deiner Wahl, was sich wohl hinter der 
Spaltenüberschrift "Languages" ganz links verbergen könnte.
Klicke einfach mal auf eine Sprachbezeichnung, die dir angenehmer 
erscheint.

Ohne Textverständnis von einfachen englischen Texten wirst du in der 
Elektronik allerdings immer wieder hilflos da stehen.

Joachim B. schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> In der von Toxic angehängten Schaltung sind alle npn bzw. pnp gleich, im
>> echten 741 aber längst nicht
>
> Moment mal, war es nicht so das Transistoren aus demselben Wafer
> gleicher sind als aus verschiedenen Wafern und Produktionen?
> Die Chance der Gleichheit auf dem gleichen Wafer innerhalb eines DIE ist
> doch größer als aus der Transistor Kiste.

Warum schaust du dir nicht den von mir angehängten Link an, bevor du 
schreibst?

Joachim B. schrieb:

> ArnoR schrieb:
>> In der von Toxic angehängten Schaltung sind alle npn
>> bzw. pnp gleich, im echten 741 aber längst nicht
>
> Moment mal, war es nicht so das Transistoren aus
> demselben Wafer gleicher sind als aus verschiedenen
> Wafern und Produktionen?

Ja, sicher.
Hier redest Du aber von diskreten Transistoren desselben
Typs, die intern identische Geometrie haben und identische
Dotierung haben sollen.


> Die Chance der Gleichheit auf dem gleichen Wafer
> innerhalb eines DIE ist doch größer als aus der
> Transistor Kiste.

Nein -- weil es nicht nur um nominell identische
Transistoren auf demselben Wafer, sondern um
halbleitertechnisch UNTERSCHIEDLICHE Transistoren
auf DEMSELBEN CHIP geht!

Es gibt nicht "DEN" Bipolartransistor. Man kann erstens
die Geometrie der beteiligten Gebiete variieren, man
kann zweitens die Dotierung variieren, indem bestimmte
Bereiche in bestimmten Arbeitsschritten mit Oxid abgedeckt
werden oder eben auch nicht, und man kann drittens die
Art und Anzahl der beteiligten Schichten ändern, also
zum Beispiel zusätzliche Schichten epitaktisch aufwachsen
lassen.

All das führt dazu, dass man auf demselben Chip Transistoren
gemeinsam unterbringen und miteinander verschalten kann, die
sich beabsichtigt in ganz bestimmter Weise voneinander
unterscheiden.
Wenn Du in Deinem diskreten Nachbau jetzt überall BC547
verwendest, ist das dann nicht ganz realistisch.

Siegrid N. schrieb:
> das ist ja alles auf Englisch :-(, da verstehe ich leider nicht so viel.

Unabhaengig von dem Thread hier empfehle ich Dir das "kleine" Programm 
"QTranslate" zu installieren.Im Grunde genommen ist es nur ein Interface 
welches direkt auf Google/Microsoft und andere Uebersetzungsdienste 
zugreift.
Laeuft bei mir staendig im Hintergrund.Die Funktion ist simpel:
Ein Wort/Satz markieren welches uebersetzt werden soll,dann eine Taste 
betaetigen und schwupp hat man die Uebersetzung.

Ich verwende zusaetzlich ein weiteres Programm,welches ebenso im 
Hintergrund laeuft.Ist allerdings "nur" Englisch-Englisch aber bei 
weitem besser als Google und Co. da es eine Art "Duden" ist,OFF-line zur 
Verfuegung steht und praezise Auskunft gibt.Wer bei WordWeb auch 
vulgaere Uebersetzungen haben moechte,muss dies allerdings in den 
Einstellungen angeben.Empfehlenswert wenn man sich hier auf diesem Form 
tummelt ?

Wen es interessiert:
QTranslate
https://quest-app.appspot.com/

WordWeb:
https://wordweb.info/free/

Siegrid N. schrieb:
> stimmt es, dass ein Operatiosverstärker aus einer vielzahl
> zusammengesetzer Transistoren besteht? Ich habe mir mal ein Innenbild
> von einem OPV angeschaut und da sieht man ganz viele verkettete
> Transistoren, aber ich bin mir nicht sicher, ob das richtig ist.

Warum fragst Du? (Das frage ich, um die optimale Antwort zu finden.
Denn man kann - wie Du jetzt teilweise gemerkt haben dürftest - ganz 
unterschiedliche Themen anschneiden, um darauf einzugehen.)

Axel S. schrieb:
> Von der Funktion unterscheiden sich eine integrierte und eine
> zusammengesetzte Schaltung erstmal fast gar nicht.

Das gilt vielleicht noch für einen Uralt-OP. Aber versuche das mal mit 
einem modernen Typ. Da braucht schon die erste Stufe höhere Ruheströme, 
als der ganze käufliche OP. Oder die Bandbreite geht rasant in die Knie.

Kann man in jeder Hinsicht vollkommen vergessen, nicht nur bezüglich des 
Aufwands und des Preises.

Wie oft sieht man ICs, und fragt sich, wie in aller Welt die das nur 
schaffen?! Und das betrifft beileibe nicht nur OPs. Mir fallen da z.B. 
integrierte Schaltregler ein. Deren Gesamtstrombedarf liegt drastisch 
unter dem, den man allein nur für die Ansteuerung eines vergleichbaren, 
diskreten Mosfets braucht.



Falls jemand diskrete Transistoren und/oder Dioden mit z.B. nur 0,1mW 
maximaler Verlustleistung kennt, immer her damit! Und genau daran kann 
man fast alle Daten im Groben festmachen, denn der Chip muss für das 
Andenken hier enorm klein sein.
Es bringt gar nichts, einen vergleichsweise gigantischen BC547 einfach 
nur mit wenigen µA anzusteuern...sein Chip ist einfach zu groß, und das 
gilt für egal welchen genauen Typ mit z.B. 300mW Verlustleistung.

Harald W. schrieb:
> Diese Schaltung wird aber vermutlich schlechtere Eigenschaften
> als das Original-IC haben.

Schon allein die Baugröße....

Harald W. schrieb:
> Diese Schaltung wird aber vermutlich schlechtere Eigenschaften
> als das Original-IC haben. Modernere OPV lassen sich nicht mehr
> aus Einzelbauteilen herstellen, weil u.a. die Offsetspannung
> deutlich schlechter sein wird.

Harald, das war ein Scherz, Smiley nicht gesehen?

Natürlich wird der Nachbau in fast allen Parametern schlechter sein,
da die Schaltung sicherlich vereinfacht ist und viel größer.

Sowie wie du schon schriebst ist ja der Gag bei ICs daß die Transistoren
von Haus aus alle "gepaart" sind da sie im selben Prozeß entstanden 
sind.

Ich find es trotzdem toll daß es soviele Nostalgiker gibt die
sich so ein "Modell" mit Transistoren bauen daß sich ein Bausatz zu
produzieren lohnt.

loeti2 schrieb:
> Ich find es trotzdem toll daß es soviele Nostalgiker gibt die
> sich so ein "Modell" mit Transistoren bauen daß sich ein Bausatz zu
> produzieren lohnt.

Der NE555 Schemel wär ja was...

Joachim B. schrieb:

> Egon D. schrieb:
>> Hier redest Du aber von diskreten Transistoren desselben
>> Typs,
>
> davon ging ich aus, wer in einer Simulation immer denselben
> Transistortyp nimmt meint auch gleiche Transistoren, sonst
> ist der Fehler logisch schon in der Simulation!

Natürlich ist der Fehler in der Simulation -- aber das war
doch nicht das Thema?!

Auf der angegebenen Innenschaltung des 741 sehen ja erstmal
alle Transistoren gleich aus. Ein Typ steht nicht dran --
geht ja bei integrierten Transistoren auch schlecht. Also
was macht man? Man nimmt einen Wald-und-Wiesen-Transistor
wie den BC547 und hofft, dass das über zwei Fäuste schon
passen wird.

Und Arno hat dazu NUR gesagt: Das ist nur eine grobe
Näherung, weil die Transistoren auf dem Chip im Original
eben NICHT alle gleich sind.

Jetzt war Dein Einwand: Ja aber wieso -- angeblich werden
doch Transistoren auf einem Wafer so toll gleich?

Darauf war meine Klarstellung: Das gilt nur für Transistoren
desselben Typs, die möglichst GLEICH WERDEN SOLLEN! Die
einzelnen Transistoren, aus denen ein 741 besteht, sollen
aber per Konstruktion NICHT alle gleich werden! Sie sind
UNTERSCHIEDLICH konstruiert, und dem wird man nicht gerecht,
wenn man alles mit BC547 nachbildet.

Alles klar?!

Joachim B. schrieb:
>> Alles klar?!
>
> logisch

Für andere, denen das noch nicht so klar ist:

Man kann sich einen OPV vorstellen wie einen diskreten Audioverstärker.
Der Differenzverstärker am Eingang kann und soll möglichst geringen
Strombedarf und Kapazitäten haben, der Ausgang hingegen soll (relativ)
viel Strom treiben können. In der Folge werden ganz unterschiedliche
Parameter implementiert - weit entfernt von gleichen Transistoren.

Die üblichem Chips haben schon Einschränkungen bei den Transistoren. 
Unterschiedliche Dotierungen könnte man theoretisch erreichen, werden 
aber aus Kostengründen vermieden, weil es ein extra Schritt wäre. Für 
die Super_beta Transistoren in low Bias BJT basieren OPs (LM308, 
LT1012,...) könnte der Schritt nötig sein.

Viele der einfachen Prozesse für billige / alte OPs wie den 741 erlauben 
keine guten PNPs. Daran sind die Schaltungen angepasst. Mit diskreten 
Transistoren wäre man die Schaltung nicht so aufbauen, weil man andere 
Teile zur Verfügung hat. Auf dem Chip hat man in der Regel:
- keine guten Widerstände, insbesondere hochohmige
- nur kleine Kondensatoren
- nur "schlechte" (langsam, wenig gain) PNPs
- schlechte Isolierung zwischen den Teilen
+ genau gepaarte Transistoren, ggf. skalierte Transistoren
+ auch kleine NPNs
+ ggf. Doppelemitter-Transistoren
+ geringe Kapazitäten
+ gute thermische Kopplung

Wenn man die deutlich besseren PNPs nutzt kann man auch diskret einen 
guten OP aufbauen - nicht in jeder Hinsicht, aber durchaus etwa auf dem 
Niveau des 741 oder 358. Etwas mehr Stromverbrauch muss man dabei 
einkalkulieren weil die kleinen Transistoren fehlen - so ganz kleine 
will man aber auch nicht, wenn man wenig 1/f Rauschen haben will. Gegen 
Offsets braucht es ggf. einen Abgleich - den kriegen die guten OPs aber 
auch bei der Herstellung.

Wer sich der englischen Sprache maechtig ist und gerne wissen moechte 
wie man Analog Chips (Opamps etc..)designed sollte sich die kostenlose 
pdf-Datei von Hans Camenzind downloaden.Er hat unter anderem auch den 
Timer 555 entworfen (wird in der pdf ebenso beschrieben) und zur 
Serienreife gebracht.
Meine Meinung: Empfehlenswert - auch fuer Einsteiger mit 
Basiswissen.Unterhaltsame Lektuere......

http://www.designinganalogchips.com/

Downloadlink;
http://www.designinganalogchips.com/_count/designinganalogchips.pdf

Danke Axel, jetzt weiß ich bescheid. Man kann also einen Verstärker für 
Thermoelemente auch mit zwei, drei 2N3055 bauen. Der Basisstrom sollte 
halt runter, soweit klar...

Und wenn man mal ne Zenerdiode für nur 0,1µA Querstrom braucht, nimmt 
man zur Sicherheit eine, die auch 5W ab könnte. Die Daten bleiben ja bis 
auf die max. Verlustleistung gleich...

Mal ehrlich, ich würde bares Geld dafür ausgeben, daß du mit deinen 
Träumen auch nur ansatzweise recht hättest! Baue nämlich gern mal 
einzelne Schaltungsbereiche diskret und im Mikroamperebereich.

Christian S. schrieb:
> Erstaunlich wie aufgrund des oben angeführten Zweieinhalbzeilers solche
> Unmengen an Spitzfindigkeiten auftauchen müssen.

Das ist hier immer so. Und ehrlich gesagt ist das doch auch der wahre 
Sinn eines Forums. Jemand stellt ne langweilige Frage, aber im Verlauf 
des Threads kommt es dann mit Glück erst zu i9nteressanten Themen, oder 
meist eben auch zur Selbstdarstellung und zu Profilierungsversuchen.

Die nüchterne Realität schrieb:
> Danke Axel, jetzt weiß ich bescheid. Man kann also einen Verstärker für
> Thermoelemente auch mit zwei, drei 2N3055 bauen. Der Basisstrom sollte
> halt runter, soweit klar...
>
> Und wenn man mal ne Zenerdiode für nur 0,1µA Querstrom braucht, nimmt
> man zur Sicherheit eine, die auch 5W ab könnte. Die Daten bleiben ja bis
> auf die max. Verlustleistung gleich...

Ein Thermoelementverstärker  mit 2N3055 wird schon gehen, schließlich 
sind Thermoelement nicht so sehr hochohmig, und eine hohe Bandbreite 
braucht man auch nicht. Beim Rauschen sind die ggf. auch gar nicht so 
schlecht.

Bei der Zenerdiode ist es aber tatsächlich keine so gute Idee - für 0.1 
µA findet sich da sowieso kaum etwas.

Die Störme im 741 sind nicht so super klein (grob geschätzt aus dem Bias 
und rauschen etwa 2-5 µA für die Eingangsstufe). Mit etwas mehr Gain 
könnte man auch etwas mehr nehmen, für den worst case bias sogar 
deutlich mehr. Da sind BC548 und co noch nicht so schlecht. BC550 oder 
2N2905 sind auch bei so kleinen Strömen immer noch schneller als die 
lateralen PNPs.

Lurchi schrieb:
> Bei der Zenerdiode ist es aber tatsächlich keine so gute Idee

Und so ist es bei jedem Bauteil. Nimmt man einen z.B. 100x größeren Chip 
als eigentlich notwendig, so steigen auch die negativen Parameter um 
diesen Faktor.
Bei dem einen Bauteil mal etwas mehr, bei dem Anderen etwas weniger, je 
nach Qualität und Typ. Aber grundsätzlich linear mit der Größe.

Um bei der Zener zu bleiben, diese gibt es vielleicht bis herunter zu 
100mW.
Um sehr kleine Ströme zur Spannungsstabilisierung nutzen zu können, 
nimmt man daher gern mal low-current-LEDs. Warum? Weil das die 
vielleicht kleinsten Chips sind, die man diskret überhaupt erhalten 
kann. Schon kann man sowas für kleine Ströme besser nutzen, obwohl die 
LEDs gar nicht als Zenerdioden optimiert sind.
Klar gibt es dafür Mikropower-Bandgaps, aber die haben vielleicht 100 
Transistoren anbei, und um die geht es hier nicht. Und man bräuchte sie 
auch meist nicht, würde sich ein Hersteller dazu herablassen, eine Zener 
mit 1mW oder weniger zu entwickeln.



Tatsächlich würde ich in einem aktuellen Projekt gern diesen recht 
bekannten, schmutzigen Avalanche-Sägezahngenerator nutzen, weil er so 
schön einfach ist. Bestehend nur aus R,C, und negativ beschaltetem 
Bipolar, dessen Basis unbeschaltet bleibt. Schlagt mich tut, wie der 
heißt..
Leider müsste dieser mit max. ca. 5µA auskommen, und was passiert nun 
wieder? Die üblichen Verdächtigen geraten bei solchen Strömen noch lange 
nicht in den Bereich der negativen Kennlinie! Ich weiß warum, und zwar 
unabhängig vom genauen Typ des Transistors. Es genügt ein Blick auf 
seine max. Verlustleistung, um zu sehen, mit welchem Kaliber man es zu 
tun hat. Dann erkennt man, daß sich BC547 und Co dafür in etwa so 
eignen, wie ein Scheibenthyristor für einen Weltempfänger...

Hier ist es eben ein Fluch der späten Geburt. Anderen war es vergönnt 
an der Entwicklung von Bauelementen und Schaltungen unmittelbar teil zu 
haben, man schwamm einfach mit. Das Denken in immer grösseren Strukturen 
setzte sich durch -alles einfach fertig kaufen-muss ich nicht wissen! 
Heute ist es legitime Methode des Lernens, eine Sache von deren 
Entwicklungsgeschichte her aufzurollen. Dafür ist Nostalgie gut! Ende 
der 60-ziger Jahre waren Rechenverstärker mit Röhrendifferenzverstärkern 
alte Hüte.
Die ersten OPV wurden mit paarigen npn-Si-Tansistoren gebaut und der 
pnp- Ausgangstransistor war anfangs ein Germanium-au-weh. In der 
Zeitschrift "Funktechnik" war ein Vielfachmessgerät mit diskretem OPV 
veröffentlicht, dann ging es los. Die 3-Transistorlösung reicht völlig 
für den ersten Einstieg zum Lernen. Man braucht einen gemeinsamen 
Emitterwiderstand und ein bis zwei Kollektorwiderstände für die 
Differenzstufe, der Endstufentransistor erhält einen kleinen 
Emitterwiderstand und sicherheitshalber einen Widerstand zwischen Basis 
und einem Kollektor der Vorstufe,einen Lastwiderstand nach minus, aber 2 
Spannungsquellen. Da brauchts keinen Bausatz, zum ersten Probieren 
gutmütig, wenn hfe < 50....80! Später sollte man auf heutige 
Industrie-Produkte mit max. Verstärkung und Schwingfreudigkeit umsteigen 
und auch den legendären 555 besser begreifen können. Das Innenleben von 
IC bleibt heute Geheimnis der Industrie, Applikations-Hinweise sind 
erforderlich. Zum Nachexperimentieren des OPV mal ältere Literatur 
suchen! Das könnten Kollophonium -Allergiker auch simulieren und hier 
vorstellen. Glückshormone sind der Lohn des Bastlers!

Helmut S. schrieb:
> Dafür hagelt es zu Recht Kritik von jedem Profi

Ah, gemeint sind die Profis, die kaum noch was Verkaufbares entwerfen 
können. Sprich, deutsche Schaltungsentwickler. Einer der Gründe ist in 
der Tat die von dir angesprochene Beschränktheit.

Dieser Oszillator hält länger als irgendwas, das man integriert bauen 
kann. Natürlich wird man ihn dazu nicht wie manch einer mit nem dicken 
Elko aufbauen...