연산 증폭기 IC741 사양, 기능 및 특징

1. 연산 증폭기 IC 741란?

연산 증폭기 IC 741 또는 LM741은 수학적 연산과 증폭 기능을 모두 수행하는 가장 많이 사용되는 연산 증폭기 집적 회로 중 하나입니다. 이 칩은 주로 다양한 회로에서 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 미분, 적분 등과 같은 수학적 연산을 수행합니다.

 

BJT 또는 FETS로 구성된 고이득 증폭기로, 종종 포지티브 및 네거티브 공급 전압으로 구동됩니다. 1963년 페어차일드 세미컨덕터(Fairchild Semiconductor)가 처음 설계했습니다.

 

연산 증폭기 IC 또는 연산 증폭기 741 또는 LM741의 사양, 기능 및 특징에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

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2. 특성

다음은 연산 증폭기 IC 741의 주요 특성입니다.

• 입력 임피던스는 100KΩ 이상입니다.
• 출력 임피던스는 100Ω 미만입니다.
• 주파수 범위는 0HZ에서 1MZ 사이입니다.
• 낮은 오프셋 전압 및 전류.
• 전압 이득은 약 2,00,000입니다.

 

 

 

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3. 사양

다음은 연산 증폭기 IC 741의 주요 사양입니다.

• 전원 공급 장치: 적절한 기능을 위해 최소 5V의 공급이 필요하며 최대 18V를 처리할 수 있습니다.
• 입력 임피던스 : 약 2MΩ.
• 출력 임피던스 : 약 75 Ω.
• 전압 이득: 최소 주파수 범위의 경우 2,00,000.
• 슬루율(연산 증폭기가 전압 변화를 감지할 수 있는 속도) : 0.5V/μs.
• 입력 오프셋: 2mV-6mV 범위.
• 출력 부하: 2KΩ이상  권장
• 최대 출력 전류: 20mA.

연산 증폭기가 전압 증폭기로 작동하려면 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스 값이 권장됩니다. 이러한 임피던스는 연산 증폭기 IC 741을 거의 이상적인 전압 증폭기로 만듭니다. 위에서 언급한 사양은 일반적이며 제조업체에 따라 다를 수 있습니다.

 

 

 

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4. 연산 증폭기 IC 741 핀 구성

 

 

 

연산 증폭기(741)의 심볼 및 핀 구성은 아래와 같습니다.

다이어그램은 8개의 핀으로 구성되며 이 중 핀 2,3,6이 가장 중요한 핀이며, 핀 2와 3은 각각 반전 및 비반전 단자를 나타내고 핀 6은 출력 전압을 나타냅니다. 핀 8은 회로에서 비활성 상태입니다.

 

 

 

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숫자 741은 7개의 활성 핀이 있고 4개의 핀(핀 2,3,4,7)은 입력을 받을 수 있고 1개의 핀(핀 6)은 출력 핀임을 나타냅니다. IC의 삼각형 형태는 연산 증폭기 집적 회로를 나타냅니다.

 

각 핀의 기능은 다음과 같습니다.

 

1) 전원 공급 장치 핀(핀 4 및 핀 7):

핀 4와 핀 7은 각각 음극 및 양극 전압 공급 단자입니다. IC가 작동하는 데 필요한 전력은 이 두 핀에서 모두 수신됩니다. 이 핀 사이의 전압 레벨은 5V에서 18V 범위일 수 있습니다.

 

2) 입력 핀(핀 2 및 핀 3):

핀 2와 핀 3은 연산 증폭기 IC의 입력 핀입니다. 핀 2는 반전 입력으로 간주되고 핀 3은 반전되지 않는 입력으로 간주됩니다. 핀 2의 전압이 핀 3의 전압보다 크면, 즉 반전 입력의 전압이 더 높으면 출력 신호가 낮습니다. 마찬가지로 핀 3의 전압이 핀 2의 전압보다 크면, 즉 비반전 입력의 전압이 더 높으면 출력 신호가 높습니다.

 

3) 출력 핀(핀 6):

핀 6은 연산 증폭기 IC 741의 출력 핀입니다. 이 핀의 출력 전압은 입력 핀의 전압 레벨과 사용되는 피드백 접근 방식에 따라 달라집니다. 이 핀의 전압이 높으면 출력 전압이 양극 공급 전압과 유사하다는 것을 의미합니다. 마찬가지로 이 핀의 전압이 낮으면 출력 전압이 음의 출력 전압과 유사하다는 것을 의미합니다.

 

4) 오프셋 null 핀(핀 1 및 핀 5):

핀 1과 핀 5는 연산 증폭기 IC 741의 오프셋 전압에 사용됩니다. 연산 증폭기 IC 741은 전압 이득이 높기 때문에 구성 절차의 이상이나 기타 외부 장애로 인해 발생하는 반전 및 비반전 입력에서 전압의 변동이 미미하더라도 출력 전압에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 효과를 극복하기 위해 전압의 오프셋 값을 핀 1과 핀 5에 적용할 수 있으며 이는 일반적으로 전위차계를 사용하여 수행됩니다.

 

5) 연결되지 않은 핀(핀 8):

핀 8은 연산 증폭기 IC 741 내부의 회로에 연결되어 있지 않습니다. 8핀 표준 패키지의 빈 공간을 채우는 데 사용되는 핀일 뿐입니다.

 

 

 

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5. Op-Amp IC 741 회로도 

표준 연산 증폭기 IC 741은 20 개의 트랜지스터와 11 개의 저항을 포함하는 회로로 구성됩니다. 이러한 모든 트랜지스터와 저항기는 단일 모놀리식 칩에 통합되어 있습니다. 이러한 구성 요소의 내부 연결은 다음과 같습니다.

 

 

 

여기서, 반전 및 비반전 단자는 각각 트랜지스터(Q1, Q2)에 연결된다. 트랜지스터 Q1과 Q2는 모두 NPN 이미터로 기능합니다. 트랜지스터 Q1 및 Q2의 출력은 두 개의 Q3 및 Q4 트랜지스터에 연결됩니다. 이러한 유형의 구성은 트랜지스터 Q3 및 Q4에 대한 두 입력을 모두 분리하고 발생할 수 있는 가능한 피드백을 방지합니다.

 

연산 증폭기 입력에서의 전압 변동은 내부 회로의 전류 흐름에 영향을 미칠 수 있으며 회로에서 트랜지스터의 유효 기능 범위에도 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 일이 발생하지 않도록 두 개의 전류 미러가 사용됩니다. 트랜지스터 쌍 (Q8, Q9)와 (Q12, Q13)은 두 개의 미러 회로를 형성하는 방식으로 연결됩니다.

 

트랜지스터 Q8 및 Q12는 해당 트랜지스터 쌍에 대한 이미터-베이스(EB) 접합의 전압 레벨을 설정하는 조정 트랜지스터로 사용됩니다. 이 전압 레벨은 필요한 양의 전류 흐름을 허용하기 위해 밀리볼트의 소수점까지 정확하게 조절할 수 있습니다.

 

Q8 및 Q9에 의해 개발된 첫 번째 미러 회로는 입력 회로에 연결되고 Q12 및 Q13에 의해 개발된 두 번째 미러 회로는 출력 회로에 연결됩니다. 또한 Q10 및 Q11에 의해 개발된 세 번째 미러 회로는 입력과 음극 공급 사이의 고임피던스 연결로 기능합니다. 입력 회로에 부하 영향을 주지 않는 기준 전압을 제공합니다.

 

트랜지스터 Q16은 저항 4.5KΩ 및 7.5KΩ과 함께 전압 레벨 시프터 회로를 형성하여 다음 회로로 전달되기 전에 Vin에 의해 입력 섹션의 증폭기 회로의 전압 레벨을 감소시킵니다. 이는 출력 증폭기 섹션에서 신호 왜곡을 방지하기 위해 수행됩니다.

트랜지스터 Q15, Q19 및 Q22는 클래스 A 증폭기로 작동하도록 설계되었으며 트랜지스터 Q14, Q17 및 Q20은 연산 증폭기 IC(741)의 출력단을 형성합니다.

 

차동 회로의 입력 위상에서 불규칙성의 균형을 맞추기 위해 트랜지스터 Q5, Q6 및 Q7은 오프셋 null + ve 및 -ve를 가지며 반전 및 비 반전 입력의 균형을 맞추는 구성을 형성합니다.

 

 

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1) 개방 루프 구성

연산 증폭기 IC(741)를 구현하는 가장 간단한 방법은 개방 루프 구성에서 동작하는 것이다. 개방 루프 설정은 반전 및 비반전 모드에 있습니다.

 

2) 반전 연산 증폭기

반전 연산 증폭기 IC 741에서 핀 2와 핀 6은 입력 및 출력 핀으로 사용됩니다. 입력 전압은 핀 2를 통해 주어지고 출력은 핀 6에서 가져와 반전 극성을 생성합니다. 입력 전압이 양수이면 출력은 음수이고 입력 전압이 음수이면 출력은 양수입니다. 따라서 증폭기는 반전 증폭기로 명명됩니다.

 

연산 증폭기를 반전시키기 위한 회로도와 입력 출력 파형은 아래 그림과 같습니다.

 

 

 

반전 증폭기의 이득은 다음 공식으로 주어집니다.

 

Gain (Av) = -(R2/R1) 여기서 R2는 피드백 저항기입니다.

 

여기서 음의 부호는 출력 전압의 극성이 반전되었음을 나타냅니다. R1 및 R2의 값을 조정하면 원하는 증폭을 얻을 수 있습니다.

 

3) Non-inverting 연산 증폭기

비반전 연산 증폭기 IC 741에서 핀 3과 핀 6은 입력 및 출력 핀으로 사용됩니다. 입력 전압은 핀 3을 통해 주어지고 출력은 입력 전압과 동일한 극성을 유지하는 핀 6에서 가져옵니다. 입력 전압이 양수이면 출력은 양수가 되고 입력 전압이 음수이면 출력도 음수입니다. 따라서 증폭기는 비반전 증폭기라고 합니다.

 

연산 증폭기를 반전시키기 위한 회로도와 입력 출력 파형은 아래 그림과 같습니다.

 

 

 

비반전 증폭기의 이득은 다음 공식으로 주어집니다.

 

Gain (Av)  = 1 + (R2 / R1); 여기서 R2는 피드백 저항기입니다.

 

R1 및 R2의 값을 조정하면 원하는 증폭을 얻을 수 있습니다. 피드백 저항 R2가 0이면 이득이 1이 나오고 연산 증폭기는 전압 팔로워 또는 단일 이득 버퍼로 동작합니다.

 

 

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6. 연산 증폭기 IC 741의 응용

연산 증폭기 IC 741을 사용하여 설계된 많은 전자 회로가 있습니다. 연산 증폭기 IC 741의 중요한 응용 분야 중 일부는 다음과 같습니다.

• 로그 및 안티로그 증폭기, 차동 증폭기 등 다양한 증폭기에 사용되어 DC 주파수에서 더 높은 무선 주파수에 이르는 다양한 주파수의 신호를 증폭합니다.
• 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈, 미분, 적분 등과 같은 다양한 수학 연산을 계산하는 데 사용됩니다.
• 전압 신호를 비교하기 위해 전압 비교기에 사용됩니다.
• 오실레이터에서 정현파, 정사각형, 삼각형 등과 같은 다양한 파형을 생성하는 데 사용됩니다. 또한 펄스 폭 변조기(PWM 발생기)에도 사용됩니다.
• 조절된 전원 공급 장치에 사용됩니다.
• 활성 필터에 사용됩니다.
• ADC 및 DAC에서 아날로그 신호를 이진 형식으로, 이진 형식을 아날로그 신호로 변환하는 변환기를 만드는 데 사용됩니다.
• 전류를 전압으로, 전압을 전류로 변환하는 데 사용됩니다.