μA741

تتكون مرحلة الإدخال من مضخم تفاضلي متتالي (محدد باللون الأزرق الداكن) متبوعًا بحمل نشط عاكس للتيار . يشكل هذا مضخم ناقلية ، يحول إشارة الجهد التفاضلي عند قاعدتي الترانزستورين Q1 وQ2 إلى إشارة تيار عند قاعدة الترانزستور Q15.

يتضمن هذا التصميم زوجين متتاليين من الترانزستورات، يلبيان متطلبات متضاربة. تتكون المرحلة الأولى من زوج مُتابع الباعث NPN المتطابق Q1 وQ2، والذي يوفر مقاومة دخل عالية. أما المرحلة الثانية فهي زوج القاعدة المشتركة PNP المتطابق Q3 وQ4، والذي يُزيل تأثير ميلر غير المرغوب فيه ؛ حيث يُشغّل حملاً نشطاً Q7 بالإضافة إلى الزوج المتطابق Q5 وQ6.

يتم تنفيذ هذا الحمل النشط كمرآة تيار ويلسون معدلة ؛ ويتمثل دوره في تحويل إشارة تيار الإدخال (التفاضلية) إلى إشارة أحادية الطرف دون الخسائر المصاحبة بنسبة 50% (مما يزيد من كسب الحلقة المفتوحة لمضخم العمليات بنسبة 50%).3 ديسيبل  ). ^{[ ملاحظة 1 ]} وبالتالي، يظهر تيار تفاضلي صغير الإشارة في Q3 مقابل Q4 مجمعًا (مضاعفًا) عند قاعدة Q15، وهو مدخل مرحلة كسب الجهد.

تتكون مرحلة كسب الجهد (من الفئة أ) (الموضحة باللون الأرجواني ) من ترانزستورين من نوع NPN، هما Q15 وQ19، موصلين بتكوين دارلينجتون ، وتستخدم جانب الخرج لمرآة التيار المكونة من Q12 وQ13 كحمل جامع (ديناميكي) لتحقيق كسب الجهد العالي. يتلقى ترانزستور الخرج Q20 تيار قاعدته من الجامع المشترك لـ Q15 وQ19؛ بينما يوفر مُغير المستوى Q16 تيار قاعدة لترانزستور الخرج Q14. يمنع الترانزستور Q22 هذه المرحلة من توصيل تيار زائد إلى Q20، وبالتالي يحد من تيار الخرج.

مرحلة الإخراج (Q14، Q20، المحددة باللون السماوي) هي مضخم من الفئة AB . توفر هذه المرحلة إشارة خرج بمقاومة تبلغ حوالي50  أوم ، أي كسب التيار. يوفر الترانزستور Q16 (المحدد باللون الأخضر) تيار السكون لترانزستورات الإخراج، بينما يحد الترانزستور Q17 من تيار مصدر الإخراج.

تُضبط دائرة التحيز لهذه المرحلة بواسطة حلقة تغذية راجعة تُجبر تيارات مُجمِّع الترانزستورين Q10 وQ9 على التطابق (تقريبًا). أي فرق طفيف في هذه التيارات يُوفر الطاقة اللازمة للقاعدة المشتركة للترانزستورين Q3 وQ4. ^{[ ملاحظة 2 ]} يتم عكس مجموع تيارات السكون المارة عبر الترانزستورين Q1 وQ3 بالإضافة إلى Q2 وQ4 من Q8 إلى Q9، حيث يتم جمعها مع تيار مُجمِّع Q10، ويتم تطبيق الناتج على قاعدتي الترانزستورين Q3 وQ4.

_{وبالتالي ،} ستكون التيارات الساكنة المارة عبر Q1 وQ3 (وكذلك Q2 وQ4) i1 نصف i10 _، أي في حدود10  ميكرو أمبير . سيبلغ تيار الانحياز المدخل لقاعدة Q1 (وكذلك Q2) قيمة i ₁ / β ؛ عادةً حوالي50  نانو أمبير ، ^{[ 6 ]} مما يعني كسب التيار h _fe ≈ 200 لـ Q1 (وأيضًا Q2).

تميل دائرة التغذية الراجعة هذه إلى سحب عقدة القاعدة المشتركة للترانزستورين Q3/Q4 إلى جهد V_{_com} - 2V_{_BE} ، حيث V _{_com} هو جهد الوضع المشترك للإدخال. في الوقت نفسه، يكون مقدار تيار السكون غير حساس نسبيًا لخصائص المكونات Q1-Q4، مثل h _{_fe} ، والتي قد تتسبب في اعتماد التيار على درجة الحرارة أو اختلافات بين المكونات.

يقوم الترانزستور Q7 بتشغيل الترانزستورين Q5 وQ6 حتى تتساوى تياراتهما المجمعة مع تيارات Q1/Q3 وQ2/Q4. تيار السكون في Q7 _هو VBE /50  كيلو أوم ، تقريبًاتبلغ قيمة التيار الساكن 35  ميكرو أمبير ، وهي نفس قيمة التيار الساكن في الترانزستور Q15، مع نقطة التشغيل المطابقة له. وبالتالي، تتطابق التيارات الساكنة بشكل ثنائي في الترانزستورات Q1/Q2، وQ3/Q4، وQ5/Q6، وQ7/Q15.

يتم ضبط تيارات السكون في Q16 و Q19 بواسطة مرآة التيار Q12/Q13، والتي تعمل تقريبًا1  مللي أمبير . يتتبع تيار المجمع في Q19 هذا التيار الثابت.

في الدائرة التي تتضمن Q16 (المعروفة أيضًا باسم الصمام الثنائي المطاطي أو مضاعف VBE ) _،يجب أن تكون المقاومة 4.5  كيلو أوم موصلة تقريبًا100  ميكرو أمبير ، مع Q16 V _BE ≈700  مللي فولت . إذن، يجب أن يكون جهد قاطع الدائرة الكهربائية (V _CB) حوالي0.45  فولت ، و V _CE ≈1.0  فولت . نظرًا لأن مُجمِّع الترانزستور Q16 يُشغَّل بواسطة مصدر تيار ، ولأن باعث الترانزستور Q16 يُشغِّل مُستقبِل تيار مُجمِّع الترانزستور Q19، فإن الترانزستور Q16 يُنشئ فرق جهد بين قاعدة الترانزستور Q14 وقاعدة الترانزستور Q20 يبلغ حوالي1  فولت ، بغض النظر عن جهد الوضع المشترك لقواعد Q14/Q20. سيكون التيار الساكن في Q14/Q20 عاملاً أسياً (100  ملي فولت·مم / فولت _T ) ≈ 36 أصغر منتيار سكون مقداره 1  مللي أمبير في الجزء من الفئة A من مكبر العمليات. هذا التيار الثابت (الصغير) في ترانزستورات الإخراج يُهيئ مرحلة الإخراج للعمل في الفئة AB ويقلل من تشوه التقاطع لهذه المرحلة.

تُشبه مرحلة الإدخال، التي تتكون من الترانزستورين Q1 وQ3، زوجًا مقترنًا بالباعث (زوجًا طويل الذيل)، حيث يُضيف الترانزستوران Q2 وQ4 مقاومة مُتدهورة. وتكون مقاومة الإدخال عالية نسبيًا نظرًا لصغر التيار المار عبر الترانزستورات Q1-Q4. ويبلغ فرق مقاومة الإدخال في مُضخّم العمليات 741 النموذجي حوالي2  ميجا أوم . ^{[ 6 ]} إن معاوقة الإدخال ذات الوضع المشترك أعلى من ذلك، حيث تعمل مرحلة الإدخال بتيار ثابت بشكل أساسي.

يؤدي فرق الجهد V _{_in عند مدخلات مكبر العمليات (الطرفين 3 و2 على التوالي) إلى تيار تفاضلي صغير في قاعدتي الترانزستورين Q1 وQ2، حيث} i _{_in} ≈ V _{_in} / (2 <sup>h _{_ie} h _{_fe} ) . يتسبب هذا التيار التفاضلي في تغيير تيار المجمع التفاضلي في كل طرف بمقدار i_{_in} h _{_fe} . وبإدخال ناقلية الترانزستور Q1، g _{_m} h _{_fe} / h _{_ie} ، يصبح التيار (للإشارة الصغيرة) عند قاعدة الترانزستور Q15 (مدخل مرحلة كسب الجهد) هو V_{_in} g_m / 2 .

يقوم هذا الجزء من مكبر العمليات بتحويل إشارة تفاضلية عند مدخلات مكبر العمليات إلى إشارة أحادية الطرف عند قاعدة الترانزستور Q15، بطريقة تمنع هدر الإشارة في أي من طرفي الدائرة. لفهم ذلك، لاحظ أن تغيرًا طفيفًا سالبًا في الجهد عند المدخل العاكس (قاعدة Q2) يُخرجه من حالة التوصيل، وينتقل هذا الانخفاض التدريجي في التيار مباشرةً من مجمع Q4 إلى باعثه، مما يؤدي إلى انخفاض تيار قاعدة Q15. من ناحية أخرى، يؤدي تغير طفيف موجب في الجهد عند المدخل غير العاكس (قاعدة Q1) إلى توصيل هذا الترانزستور، وينعكس ذلك في زيادة التيار عند مجمع Q3. يدفع هذا التيار Q7 إلى مزيد من التوصيل، مما يُشغل مرآة التيار Q5/Q6. وبالتالي، تنعكس الزيادة في تيار باعث Q3 في زيادة تيار مجمع Q6؛ وتؤدي زيادة تيارات المجمع إلى تحويل المزيد من التيار بعيدًا عن عقدة المجمع، مما ينتج عنه انخفاض في تيار قاعدة Q15. بالإضافة إلى تجنب الهدر،مع زيادة قدرها 3  ديسيبل هنا، تعمل هذه التقنية على تقليل كسب الوضع المشترك وتسرب ضوضاء مصدر الطاقة.

تُؤدي إشارة التيار i عند قاعدة الترانزستور Q15 إلى توليد تيار في الترانزستور Q19 من رتبة iβ ² (حاصل ضرب h _fe لكل من الترانزستورين Q15 وQ19، الموصولين في زوج دارلينجتون ). تُولّد إشارة التيار هذه جهدًا عند قاعدتي ترانزستوري الخرج Q14 وQ20 يتناسب مع h _ie لكل منهما.

تم تكوين كل من ترانزستورات الإخراج Q14 و Q20 كمتابع باعث، لذلك لا يحدث كسب جهد هناك؛ بدلاً من ذلك، توفر هذه المرحلة كسب تيار، يساوي h _fe لـ Q14 و Q20.

يؤدي كسب التيار إلى خفض مقاومة الخرج، وعلى الرغم من أن مقاومة الخرج ليست صفرًا، كما هو الحال في مكبر العمليات المثالي، مع التغذية الراجعة السلبية، إلا أنها تقترب من الصفر عند الترددات المنخفضة.

يُحدد صافي كسب الجهد ذي الإشارة الصغيرة في الدائرة المفتوحة لمضخم العمليات بضرب كسب التيار h_{_fe} لحوالي 4 ترانزستورات. عمليًا، يبلغ كسب الجهد لمضخم عمليات نموذجي من نوع 741 حوالي 200,000، ^{[ 6 ]} وكسب التيار، وهو نسبة مقاومة الدخل (حوالي2-6  ميجا أوم ) إلى مقاومة الخرج (حوالي50  أوم ) يوفر المزيد من كسب الطاقة.

يتميز مكبر العمليات المثالي بنسبة رفض الوضع المشترك اللانهائية ، أو كسب الوضع المشترك الصفري.

في هذه الدائرة، إذا تغيرت جهود الدخل في نفس الاتجاه، فإن التغذية الراجعة السالبة تجعل جهد قاعدة الترانزستورين Q3/Q4 يتبع تغيرات جهد الدخل (مع وجود فرق جهد 2 فولت أسفل _{جهد القاعدة} ). الآن، يحافظ الجزء الخارج (Q10) من مرآة التيار Q10-Q11 على ثبات التيار المشترك المار عبر الترانزستورين Q9/Q8 على الرغم من تغير الجهد. ويبقى تيار مجمع الترانزستورين Q3/Q4، وبالتالي تيار الخرج عند قاعدة الترانزستور Q15، دون تغيير.

في مكبر العمليات 741 النموذجي، تكون نسبة رفض الوضع المشترك هي90  ديسيبل ، ^{[ 6 ]} مما يعني كسب جهد الوضع المشترك للحلقة المفتوحة حوالي 6.

تمثلت الابتكارات في مضخم العمليات Fairchild μA741 في إدخال تعويض التردد عبر مكثف مدمج (متجانس)، مما سهّل استخدام مضخم العمليات من خلال إلغاء الحاجة إلى مكونات خارجية لهذه الوظيفة.يعمل مكثف 30  بيكوفاراد على تثبيت المضخم عبر تعويض ميلر ، ويعمل بطريقة مشابهة لدائرة تكامل المضخم العملياتي . يُعرف هذا أيضًا بتعويض القطب المهيمن لأنه يُدخل قطبًا يُخفي (يهيمن) على تأثيرات الأقطاب الأخرى في استجابة التردد للحلقة المفتوحة؛ في مضخم عملياتي 741، يمكن أن يكون هذا القطب منخفضًا جدًا.10  هرتز (حيث يتسبب في(-3  ديسيبل من فقدان كسب الجهد في الحلقة المفتوحة).

يُستخدم هذا التعويض الداخلي لتحقيق استقرار مطلق للمضخم في تكوينات التغذية الراجعة السالبة، حيث تكون شبكة التغذية الراجعة غير تفاعلية ويكون كسب الحلقة واحدًا أو أعلى. في المقابل، قد تتطلب المضخمات التي تحتاج إلى تعويض خارجي، مثل μA748، تعويضًا خارجيًا أو كسبًا للحلقة المغلقة أعلى بكثير من الواحد.

يمكن استخدام أطراف التصفير المُزاحة لوضع مقاومات خارجية (عادةً ما تكون على شكل طرفي مقياس جهد، مع توصيل المنزلق بـ V _{_S-} ) بالتوازي مع مقاومات باعث الترانزستورين Q5 وQ6، وذلك لضبط توازن مرآة التيار Q5/Q6. يتم ضبط مقياس الجهد بحيث يكون الخرج معدومًا (في نطاق متوسط) عند توصيل المدخلين معًا.

يساعد الترانزستوران Q3 وQ4 على زيادة تصنيف VBE _العكسي ؛ وتنهار وصلات القاعدة-الباعث للترانزستورين NPN Q1 وQ2 عند حوالي7  فولت ، لكن ترانزستورات PNP Q3 و Q4 لها جهود _انهيار VBE حوالي50  فولت . ^{[ 7 ]}

تُعد الاختلافات في التيار الساكن مع درجة الحرارة، أو بسبب اختلافات التصنيع، شائعة، لذا قد يخضع تشوه التقاطع لتغير كبير.

نطاق خرج المضخم أقل بحوالي فولت واحد من جهد التغذية، ويرجع ذلك جزئيًا إلى V _BE لترانزستورات الإخراج Q14 و Q20.

التعمل المقاومة 25  أوم عند باعث الترانزستور Q14، بالإضافة إلى الترانزستور Q17، على الحد من تيار Q14 إلى حوالي25  مللي أمبير ؛ وإلا، فإن Q17 لا يمرر أي تيار. يتم تحديد التيار لـ Q20 في مرحلة كسب الجهد: يستشعر Q22 الجهد عبر مقاومة باعث Q19 (50  أوم )؛ عند تشغيله، يقلل تيار التشغيل إلى قاعدة الترانزستور Q15. قد تُظهر الإصدارات اللاحقة من مخطط مكبر الصوت هذا طريقة مختلفة نوعًا ما لتحديد تيار الخرج.