Siempre me han dicho que lo ideal es que los amplificadores de operación tengan una impedancia de entrada infinita. Así que cuando estaba mirando el esquema del nivel de transistores del LM741, me confundí cuando usaron BJTs en lugar de MOSFETs.
¿Usar un BJT no resultaría en que la corriente fluyera hacia los pines de entrada?
El 741 es un viejo pedazo de basura, usado principalmente para enseñar electrónica básica a bajo precio. Me parece recordar haber leído en alguna parte que si cada 741 que se hiciera se recogiera, habría suficiente para dar a cada persona en la tierra 6 u 8 de ellos.
Los amplificadores de operación modernos se dividen en varias categorías.
Propósito general - Estos amplificadores de operación no son muy rápidos, tienen malas características no ideales (corrientes de sesgo en los nanoamperios), se desvían, tienen impedimentos de entrada en los megaohmios, y no cuestan casi nada. El 741 cae en esta categoría.
Entradas FET - Son un poco más rápidas, tienen características no ideales (corrientes de sesgo en los picoamperios), derivan muy poco, tienen impedancias de entrada extremadamente altas (gigaohmios), pero pueden costar unos pocos dólares.
CMOS - Los amplificadores de operación CMOS son lentos, pero tienen excelentes características no ideales (corrientes de sesgo en los FEMTOamps), impedancia de entrada extremadamente alta (TERAohms), derivan tanto como los amplificadores de operación de propósito general, y pueden costar unos pocos dólares. Este es el tipo de amplificador de operación que puede obtener su salida a menos de milivoltios de los rieles, pero el voltaje de los rieles es limitado.
Helicóptero estabilizado - Esta es otra forma del amplificador de operaciones de la CMOS. Deriva muy poco, y tiene compensaciones muy bajas. Echa un vistazo a este artículo para más información
Hay otros amplificadores de operación que pueden manejar frecuencias de radiofrecuencia, o manejar corrientes de alta salida, pero en realidad no caen en estas categorías.
Como pueden ver, cada tipo de amplificador de operación tiene diferentes características de DC no ideales, e impedancia de entrada. La cantidad de corriente que fluye en las entradas del amplificador de operación depende de la impedancia de entrada. Para la mayoría de los amplificadores de operación modernos, estas son corrientes muy pequeñas, y pueden considerarse insignificantes para la mayoría de las aplicaciones. El tipo de amplificador de operación que se utilice es una consideración de diseño, teniendo en cuenta la velocidad, el costo, el rango de temperatura y cualquier preocupación sobre la precisión.
Los opamps bipolares como el 741 o el LM324 tienen diferentes compensaciones que los opamps FET. Por un lado, fueron diseñados hace muchos años cuando la tecnología FET IC era menos avanzada que la bipolar IC. Es injusto llamar al 741 basura. Fue algo maravilloso en su tiempo. Es un derivado cercano, el LM324 sigue en producción de volumen hoy en día, así que obviamente mucha gente piensa que es el equilibrio correcto para sus necesidades.
Una ventaja significativa de la LM324 es su precio. A menudo sólo se necesita un opamp sin requisitos muy estrictos. Si el producto de 1 MHz de ganancia* de ancho de banda, la corriente de polarización, y los pocos mV de compensación son todos lo suficientemente buenos, entonces todo lo demás es sólo basura cara.
En general, es un poco más fácil bajar el voltaje de compensación a unos pocos mV con bipolares para la misma zona del chip. También hay ventajas en la capacidad de conducción de la corriente y en el rango de voltaje de suministro. Los FETs, por supuesto, tienen una impedancia de entrada muy alta. Hoy en día estas distinciones son más borrosas. Puedes obtener opamps de entrada FET con voltajes de compensación muy por debajo de un mV, pero luego compara su precio con el LM324.
Los primeros opamps de FET, como el TL07x y el TL08x tenían otros problemas, como un rango de rango común de entrada muy alto en ambos extremos. Hoy en día, los opamps FET son más fáciles de hacer de carril a carril tanto para la entrada como para la salida, pero de nuevo comparen el precio de incluso el más barato MCPxxxx con el antiguo LM324 de reserva. Tengan en cuenta también el rango de voltaje de suministro sobre el que puede funcionar el LM324. Ese es un truco difícil para la mayoría de los actuales opamps de FET.
Todo es un intercambio.
Los MOSFETs son demasiado ruidosos para muchas aplicaciones de amplificadores de precisión. Si tiene una fuente de baja impedancia, para el más bajo ruido de cualquier amplificador monolítico disponible, necesita ir a un amplificador bipolar como el LT1028 que tiene una densidad espectral de ruido blanco de 1,1nV/sqrt(Hz). (Si eso no es suficiente, un diseño discreto puede hacerlo mejor).
Contrasta eso con un típico amplificador de entrada MOSFET como el MCP601, que es típicamente 29nV/sqrt(Hz), o unas 700 veces peor en términos de potencia.
Si estás haciendo un procesamiento de audio para audiófilos, el mejor amplificador del mundo es una parte bipolar de Texas Instruments (nee Burr-Brown). Tiene mucha corriente de entrada, pero muy poca distorsión.
Los amplificadores MOSFET también raramente son capaces de trabajar con voltajes de suministro más altos, como +/-15V (otro requisito frecuente de la instrumentación de precisión), y si lo son, tienden a costar un brazo y una pierna, creo que eso se debe principalmente a que tienen que ser hechos en una línea de proceso CMOS especial de alto voltaje y no mezclados con material digital.
El 741 fue diseñado a mediados de la década de 1960, así que hace casi 50 años. Fue una especie de mejora respecto a los anteriores amplificadores de operaciones (como el uA709), pero es bastante largo en el diente. Las versiones duales como el venerable JRC 4558 se han utilizado en aplicaciones de audio durante décadas. Como señala Olin, el LM324 es similar (la etapa de salida tiene diferencias significativas, en parte para que sea "de una sola fuente"), pero sólo cuesta un centavo o dos por amplificador en cantidad.
Aparte del LM324, no creo que ningún otro amplificador de operaciones haya logrado un uso tan amplio como el 741 (tal vez algunos de los amplificadores del JFET se acerquen) - el mercado está más balcanizado, con muchas opciones diferentes para el diseñador, cada una con sus propias ventajas y desventajas. Vive la différence!
Cabe señalar que fundamentalmente la transconductancia de un BJT es mucho mayor que la de un MOSFET, es decir, la corriente varía con la exponencial del voltaje aplicado en el caso de un BJT, mientras que sólo varía con el cuadrado del voltaje para un MOSFET.
Lo ideal sería que todos los sistemas fueran una mezcla de BJT y MOS, pero no es así como funciona el mundo. Así que para los sistemas discretos, BJT es el rey. Para los sistemas integrados en un chip, el MOS es el rey.
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