De operationele versterker (OpAmp) schrijft al 84 jaar geschiedenis

De operationele versterker (Operational Amplifier of OpAmp) werd oorspronkelijk ontwikkeld in de jaren 40 van vorige eeuw door Karl D. Swartzel Jr. bij de Bell Labs.

De eerste OpAmps waren gebaseerd op vacuümbuizen en werden voornamelijk gebruikt in analoge computers voor wiskundige bewerkingen zoals optellen, aftrekken, integreren en differentiëren.

De evolutie van de OpAmp

1941 – Eerste OpAmp (Vacuümbuisversie)

Deze is ontwikkeld door Karl D. Swartzel Jr. bij Bell Labs en werd gebruikt in militaire en wetenschappelijke computers.

1960s – Eerste commerciële IC-OpAmp (Fairchild µA702 & µA709)

Bob Widlar ontwierp in 1963 de eerste OpAmp op een enkele geïntegreerde schakeling (IC): de Fairchild µA702. Later verbeterde hij deze in de vorm van de µA709, die een betere stabiliteit en betere prestaties had.

1968 – Legendarische µA741

Bob Widlar ontwierp werkend voor Fairchild de µA741, een robuuste en eenvoudig toepasbare OpAmp met interne frequentiecompensatie. Dit model werd de standaard en wordt tot op de dag van vandaag nog steeds gebruikt. De OpAmp is sindsdien een van de meest veelzijdige en belangrijkste componenten in de elektronica geworden, met toepassingen in signaalverwerking, filters, audioversterking, meetapparatuur en nog veel meer.

De legendarische µA741 operationele versterker in wat meer detail

Ontworpen als ‘foolproof’ OpAmp

De µA741 werd in 1968 door Bob Widlar bij Fairchild Semiconductor ontworpen als een gebruiksvriendelijke OpAmp. Hij wilde een IC maken dat bijna onmogelijk verkeerd te gebruiken was. Daarom voegde hij interne frequentiecompensatie toe, waardoor de µA741 zonder extra componenten stabiel werkte. Dit maakte hem veel robuuster dan zijn voorganger, de µA709, die vaak oscillaties vertoonde als hij niet correct werd gecompenseerd.

Het eerste IC met een ingebouwde compensatiecondensator

De µA741 was een van de eerste OpAmps met een ingebouwde 30pF compensatiecondensator tussen de interne versterkingsstadia. Hierdoor was hij direct bruikbaar zonder externe componenten, wat het ontwerp van schakelingen veel eenvoudiger maakte.

Hij is eigenlijk helemaal niet zo goed!

Ondanks zijn enorme populariteit is de µA741 tegenwoordig technisch verouderd. Hij heeft een lage slew rate (~0,5 V/µs), een relatief hoge offsetspanning, en een beperkte bandbreedte (~1 MHz). Moderne OpAmps zoals de TL081, NE5532 of OPA2134 presteren veel beter. Toch blijft de µA741 populair in lesmateriaal en hobbyprojecten, omdat hij nog steeds breed verkrijgbaar is en iconisch is in de elektronicawereld.

Er zijn ontwerpfouten te vinden in oude databladversies

In sommige vroege versies van de Fairchild Semiconductor datablad-schema’s zaten kleine fouten in de interne schakeling van de µA741. Verschillende fabrikanten die de OpAmp klonen, zoals Texas Instruments en STMicroelectronics, hebben soms varianten met net iets verschillende parameters of interne structuren.

Letterlijk een museumstuk

De µA741 is zo belangrijk voor de elektronica-industrie dat hij is opgenomen in de collectie van het Smithsonian National Museum of American History als een revolutionair voorbeeld van geïntegreerde schakelingtechnologie.

Gebruikt in militaire toepassingen

Hoewel de prestaties niet geweldig zijn, is de µA741 in de jaren ‘70 en ‘80 nog gebruikt in militaire en ruimtevaarttoepassingen. NASA en militaire organisaties gebruikten geharde versies van de chip in niet-kritieke systemen.

Er is een gigantische oversized µA741-chip gebouwd

Om de werking van de OpAmp beter te demonstreren in het onderwijs, hebben sommige universiteiten en musea een mechanisch model van de µA741 gebouwd op printplaten die meters groot zijn. Hierop zijn de individuele transistoren en weerstanden uit het originele IC te zien.

De µA741 is misschien verouderd, maar hij blijft een van de meest iconische chips ooit! Zeker weten dat je er de nodige exemplaren van in jouw radio shack kunt terugvinden.