¿Cómo entiendo el funcionamiento interno de un amplificador operacional?

Answer 1

Supongamos que tiene alguna comprensión de los transistores bipolares y MOS.

Los amplificadores operacionales estándar pueden considerarse en tres o cuatro etapas.

Entrada diferencial
Etapa de ganancia de cambio de nivel
Salida de tótem, que a menudo tendrá circuitos limitadores de corriente
generalmente alguna integración interna (condensador)

1. Este es un buen lugar para comenzar:
Aquí hay una buena historia y resumen de los primeros amplificadores operacionales de IC.
Página en calvin.edu

2. Luego, ve al meollo del tema con este tutorial de Bob Widlar, disponible en Texas Instruments
Página en ti.com

3. Para una mirada detallada, el libro de Sergio Franco fue recomendado por Bob Pease de National Semiconductor como uno de los mejores libros sobre componentes internos del amplificador operacional. El Dr. Franco ha sido consultor de Xerox PARC, National Semi y otros lugares.

Diseño de circuito analógico: discreto e integrado

Página en sfsu.edu
Hay 3 ediciones de este libro, y entiendo que las ediciones anteriores son muy buenas y quizás menos costosas.

Muchos avances en el diseño de amplificadores operacionales dependen de varias características y trucos de fabricación de circuitos integrados, como las etapas de entrada interdigitadas para reducir los efectos térmicos.

Muchas de las decisiones de diseño para amplificadores operacionales se basan en las aplicaciones / usos finales, por lo que verá información frecuente sobre el uso combinado con información de diseño y fabricación.

Una breve historia técnica de los amplificadores operacionales, desde el trabajo de retroalimentación en los Laboratorios Bell, los diseños de Julie, Philbrick, Widlar, Analog Devices, hasta alrededor de la década de 1990.
Página en analog.com

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Para tener una idea de algunos de los últimos desarrollos, es posible que desee seguir los blogs de Paul Rako. Paul escribió para EDN y realiza un seguimiento de varias personas de diseño analógico.
Fiesta de aficionados analógicos 2013

Answer 2

Si está buscando comprender el diseño del amplificador operacional, puede recoger libros sobre diseño de circuitos integrados como Razavi o Allen-Holberg como alguien mencionó.

Sin embargo, hay muchas cosas básicas que debes entender antes de ir allí:

1) espejos actuales y polarización.
2) Fuente / emisor común básico, compuerta / base común, configuraciones comunes de drenaje / colector.
3) par diferencial básico
4) respuesta de frecuencia, ganancia y margen de fase, técnicas de compensación.

Además, debe comprender qué significan las diferentes especificaciones y las compensaciones entre ellas. Incluye pero no se limita a:

1) ganancia de bucle abierto
2) ancho de banda para una carga dada
3) resistencia de salida
4) oscilación de salida
5) rango de modo común de entrada
6) rechazo de la fuente de alimentación
7) rechazo de modo común
8) velocidad de respuesta
9) entrada referida offset y ruido
10) potencia estática

Las especificaciones más avanzadas incluyen IM3, especialmente para amplificaciones de audio y amplificadores de potencia.

Puede intentar replicar algunos diseños existentes; sin embargo, no estoy seguro de que obtendrá mucha información sin los fundamentos básicos del diseño analógico.

Answer 3

Debe comprender las estructuras discretas utilizadas en el amplificador operacional.
Conceptos básicos 1: Op-amp se compone de transistores en diferentes etapas.
Circuito interno del amplificador operacional IC 741 (wikipedia)

Conceptos básicos 2: los transistores (Q1, Q2, etc.) están formados por la unión PN.

Estudie la funcionalidad de la unión PN en detalle en la unión p – n
Estudio de la funcionalidad del transistor Transistor de unión bipolar
Estudie las funciones de varias etapas del amplificador operacional (en borde de color):

Los tipos de amplificador operacional difieren en las etapas de intercambiabilidad.

Answer 4

Hay 3 etapas de amplificación. Un amplificador operacional ideal tiene impedancia de salida cero, velocidad de respuesta infinita y relación CMRR, impedancia de entrada infinita. La impedancia es de 3 tipos: capacitancia, inductancia y resistencia. Esto significa que se hace pasar una corriente de amplitud muy baja a través de la entrada que se amplifica en las siguientes etapas:
Amplificación diferencial, amplificación de entrada y amplificación de salida.

Answer 5

La idea básica es cumplir con los requisitos habituales de amplificador operacional, alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida, baja compensación, muy alta ganancia. Esto impulsa el diseño de cada etapa.

Para obtener estabilidad y un desplazamiento bajo, las etapas tienen que ser pares diferenciales equilibrados en todo momento. Entonces verá dos de todo en la línea.

La etapa de entrada tiene que ser de alta impedancia, por lo que se trata de emisores-seguidores o super-beta-transistores o FETS.

La siguiente etapa podría ser una etapa de traducción de voltaje o proporcionar una ganancia de voltaje real.

Luego, necesita un poco más de cambio de nivel y quizás algo de amplificación para impulsar la etapa de salida, que casi siempre es una etapa push-pull o tótem para que pueda suministrar mucha corriente hacia arriba y hacia abajo. A menudo hay limitadores de corriente en los emisores para limitar la corriente de cortocircuito. También algunos condensadores de retroalimentación pequeños para evitar que la cosa oscile a bajas ganancias.

También habrá muchos trucos de estilo IC, como fuentes de corriente y espejos de corriente para proporcionar polarización sin requerir resistencias de gran valor.

Answer 6

Me referiría a leer Microelectronics Circuits- Sedra / Smith.
El capítulo explica el amplificador operacional y sus aplicaciones.
y el Capítulo 9 entra en detalles de las partes internas. Además, leer el capítulo 8 será de ayuda.

Esto podría ayudar también, hay una sección en esto que explica un poco de amplificador operacional