Thuật toán khuếch đại

Mạch khuếch đại thuật toán (hay còn gọi là op-amp) là một loại mạch khuếch đại DC-coupled có hệ số khuếch đại cao, đầu vào có độ chính xác cao, và thường có đầu ra duy nhất. Trong các ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch phản hồi âm để điều chỉnh độ gia tăng, tổng trở vào và tổng trở ra.

Các mạch khuếch đại thuật toán được áp dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử hiện đại từ các thiết bị tiêu dùng, công nghiệp đến các ứng dụng khoa học. Các thiết kế hiện đại đã được số hóa và cải tiến để mạch có thể chịu được tình trạng ngắn mạch mà không bị hỏng.

Lịch sử

Kể từ khi xuất hiện, mạch khuếch đại thuật toán được thiết kế để thực hiện các phép tính bằng cách sử dụng điện áp như một giá trị tương tự để mô phỏng các đại lượng khác. Do đó, nó được đặt tên là 'Mạch khuếch đại thuật toán'. Đây là một thành phần cơ bản trong các máy tính tương tự, nơi mà mạch khuếch đại thuật toán thực hiện các thuật toán như cộng, trừ, tích phân và vi phân,... Tuy nhiên, mạch khuếch đại thuật toán lại rất đa năng, với nhiều ứng dụng khác ngoài các ứng dụng thuật toán. Các mạch khuếch đại thuật toán thực nghiệm, được lắp ráp từ transistor, đèn điện tử chân không hoặc các linh kiện khuếch đại khác, được trình bày dưới dạng mạch rời hoặc các mạch tích hợp đã tỏ ra rất tương hợp với các linh kiện thực sự.

Trong khi các mạch khuếch đại thuật toán đầu tiên phát triển trên các đèn điện tử chân không, hiện nay chúng thường được sản xuất dưới dạng mạch tích hợp (ICs), tuy nhiên, những phiên bản lắp ráp từ các linh kiện rời cũng được sử dụng nếu cần những tiện ích vượt quá khả năng của các IC.

Những mạch khuếch đại thuật toán tích hợp đầu tiên được áp dụng rộng rãi từ cuối những năm 1960, đó là các mạch sử dụng transistor lưỡng cực μA709 của hãng Fairchild, do Bob Widlar thiết kế vào năm 1965. Nó nhanh chóng được thay thế bằng mạch 741, một mạch có tính ổn định cao hơn và dễ sử dụng hơn. Mạch μA741 vẫn được sản xuất và phổ biến trong ngành điện tử - nhiều nhà sản xuất đã tạo ra các phiên bản khác của nó, nhưng vẫn duy trì con số ban đầu '741'. Những thiết kế tốt hơn đã được giới thiệu, bao gồm cả transistor hiệu ứng trường FET (cuối những năm 1970) và MOSFET (đầu những năm 1980). Rất nhiều linh kiện hiện đại này có thể thay thế các mạch sử dụng 741 mà không cần thay đổi gì, nhưng mang lại hiệu suất tốt hơn.

Các mạch khuếch đại thuật toán thường có những thông số kỹ thuật nằm trong những giới hạn nhất định, và có vỏ bọc chuẩn cùng nguồn điện cung cấp tiêu chuẩn. Chúng có rất nhiều ứng dụng trong ngành điện tử; chỉ cần một số ít linh kiện bên ngoài, chúng có thể thực hiện một loạt các tác vụ xử lý tín hiệu tương tự. Rất nhiều mạch khuếch đại thuật toán tích hợp có giá chỉ vài trăm đồng nếu mua với số lượng vừa phải, trong khi các mạch khuếch đại tích hợp hoặc rời rạc với các thông số kỹ thuật không chuẩn có thể có giá lên đến vài triệu đồng đặt hàng số lượng ít.

Nguyên lý hoạt động

Đầu vào của mạch khuếch đại bao gồm đầu vào đảo và đầu vào không đảo, mạch khuếch đại thuật toán thực tế chỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai đầu vào này. Điện áp này được gọi là điện áp vi sai đầu vào. Trong hầu hết các trường hợp, điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán được điều khiển bằng cách trích xuất một tỷ lệ nhất định của điện áp ra để phản hồi ngược lại đầu vào đảo. Hiệu ứng này được gọi là phản hồi âm. Nếu tỷ lệ này bằng 0, tức là không có phản hồi âm, mạch khuếch đại được gọi là hoạt động trong chế độ mở. Điện áp ra sẽ bằng điện áp vi sai đầu vào nhân với độ lợi tổng của mạch khuếch đại, theo công thức sau:

Trong đó V₊ là điện thế tại đầu vào không đảo, V_- là điện thế tại đầu vào đảo và G gọi là độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại.

Giá trị của độ lợi vòng hở rất lớn và thường không được quản lý chặt chẽ ngay từ khi chế tạo, do đó các mạch khuếch đại thuật toán thường ít khi làm việc ở trạng thái không có phản hồi âm. Ngoại trừ trường hợp điện áp vi sai đầu vào rất nhỏ, độ lợi vòng hở quá lớn sẽ làm cho mạch khuếch đại làm việc ở trạng thái bão hòa trong các trường hợp khác (Xem phần dưới đây Những sai lệch do phi tuyến). Một ví dụ về cách tính toán điện áp ra khi có phản hồi âm sẽ được thể hiện trong phần Mạch khuếch đại không đảo cơ bản.

Một cấu hình khác của mạch khuếch đại thuật toán là sử dụng phản hồi dương, mạch này trích một phần điện áp ra để phản hồi trở lại đầu vào không đảo. Ứng dụng quan trọng của nó là để so sánh, với tính năng trễ hysteresis (Xem Schmitt trigger).

Nguyên lý hoạt động

Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng

Với mọi giá trị điện áp đầu vào, một mạch khuếch đại thuật toán 'lý tưởng' có:

Độ lợi vòng hở vô cùng lớn, băng thông vô cùng lớn, tổng trở đầu vào vô cùng lớn (để dòng điện đầu vào bằng không), điện áp bù bằng không, tốc độ thay đổi điện áp vô cùng lớn, tổng trở đầu ra bằng không, và tạp nhiễu (độ ồn) bằng không.

Đầu vào của mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng trong vòng hồi tiếp có thể được mô phỏng bằng một khâu nullator, ngõ ra với một khâu norator và kết hợp cả hai (một mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng hoàn chỉnh) bằng một khâu nullor.

Mạch khuếch đại thuật toán thực tế chỉ gần đạt được các ý tưởng trên: bên cạnh các giá trị giới hạn về tốc độ thay đổi, băng thông, điện áp bù và những thứ tương tự, các thông số của mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽ thay đổi theo thời gian và có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tình trạng của các đầu vào... Các mạch tích hợp hiện đại sử dụng transistor hiệu ứng trường (FET) hoặc transistor hiệu ứng trường có cổng cách điện Oxit kim loại MOSFET sẽ có các đặc tính gần với mạch lý tưởng hơn các mạch sử dụng transistor lưỡng cực khi xử lý các tín hiệu lớn trong điều kiện nhiệt độ giới hạn băng thông. Đặc biệt, tổng trở vào cao hơn rất nhiều, tuy nhiên các mạch sử dụng transistor lưỡng cực thường tốt hơn về mặt trôi điện áp bù và độ ồn.

Khi vượt qua những giới hạn của một mạch khuếch đại thuật toán, nó trở thành một chiếc hộp đen có ích, thể hiện chức năng của mạch qua các thông số có thể được xác định bằng mạch hồi tiếp âm.

Những giới hạn thực tế của bộ khuếch đại thuật toán

Các sai lệch một chiều

Các giới hạn như độ lợi hữu hạn và tổng trở vào hữu hạn ảnh hưởng đến các thiết kế mạch khuếch đại thuật toán.

Các sai lệch xoay chiều

• Băng thông hữu hạn — Tất cả các mạch khuếch đại đều có băng thông hữu hạn. Hạn chế này sẽ gây ra vấn đề cho mạch khuếch đại thuật toán. Đầu tiên, hạn chế về băng thông dẫn đến sự khác biệt về pha giữa đầu vào và đầu ra. Sự lệch pha này có thể gây dao động trong một số mạch hồi tiếp. Mạch bù tần số sử dụng trong các mạch khuếch đại thuật toán sẽ làm giảm băng thông, nhưng tăng độ ổn định đầu ra khi sử dụng với các kiểu hồi tiếp khác nhau. Thứ hai, hạ thấp băng thông làm giảm mức độ hồi tiếp ở tần số cao, tăng méo và độ ồn, cũng như tăng tổng trở ra. Đồng thời, giảm độ tuyến tính của đặc tuyến tần số pha.

Những sai lệch do phi tuyến

• Bão hòa — Điện áp đầu ra bị giới hạn ở mức thấp nhất và cao nhất gần với điện áp nguồn cấp. (Điện áp đầu ra không thể đạt đến điện áp nguồn do giới hạn của tầng suất. Xem phần Tầng suất dưới đây.) Hiện tượng bão hòa xảy ra khi điện áp đầu ra của mạch khuếch đại đạt đến các giá trị này, và thường phụ thuộc vào: Trong trường hợp mạch khuếch đại thuật toán sử dụng nguồn lưỡng cực, độ lợi điện áp khiến điện áp đầu ra dương cao hơn trị số cao nhất hoặc thấp hơn trị số thấp nhất; hoặc Trong trường hợp mạch khuếch đại thuật toán sử dụng nguồn đơn cực, nếu độ lợi điện áp gây ra điện áp đầu ra dương cao hơn trị số cao nhất, hoặc khi điện áp ra quá thấp, gần điện thế đất hơn trị số giới hạn thấp nhất.

Những lưu ý về mặt công suất

• Giới hạn dòng điện đầu ra — Dòng điện đầu ra phải được giới hạn. Thực tế, đa số các mạch khuếch đại thuật toán đã được thiết kế để giới hạn dòng điện đầu ra không vượt quá một giá trị xác định, khoảng 25 mA đối với mạch khuếch đại thuật toán 741 để bảo vệ mạch và các mạch bên ngoài khỏi hỏng hóc.
• Giới hạn công suất tiêu tán — Mạch khuếch đại thuật toán là một mạch khuếch đại tuyến tính. Do đó, nó tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt, tỷ lệ với dòng điện đầu ra và hiệu số điện áp giữa điện áp nguồn và điện áp đầu ra. Nếu mạch khuếch đại tiêu tán quá nhiều năng lượng, nhiệt độ có thể vượt quá ngưỡng an toàn và dẫn đến sụp đổ hoặc hư hỏng mạch.

Ký hiệu

Ký hiệu trên mạch điện của một mạch khuếch đại thuật toán như sau:

Trong đó:

• V₊: Đầu vào không đảo
• V-: Đầu vào đảo
• V_out: Đầu ra
• V_S+: Nguồn cung cấp điện dương
• V_S−: Nguồn cung cấp điện âm

Các chân cấp nguồn (V_S+ và V_S−) có thể được biểu thị bằng nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên, chúng luôn thực hiện chức năng như nhau. Thông thường, những chân này được vẽ tại góc trái của sơ đồ, đi kèm với hệ thống cấp nguồn rõ ràng cho bản vẽ. Một số sơ đồ có thể bỏ qua phần này để đơn giản hóa. Vị trí của đầu vào đảo và đầu vào không đảo có thể thay đổi khi cần thiết, nhưng chân cấp nguồn thường không thay đổi.

Ứng dụng trong thiết kế hệ thống điện tử

Sử dụng mạch khuếch đại thuật toán như một khối mạch điện sẽ đơn giản và rõ ràng hơn nhiều so với việc tính toán từng thông số của từng thành phần (transistor, điện trở, v.v...), dù là mạch tích hợp hay linh kiện rời. Những mạch khuếch đại thuật toán đầu tiên có thể sử dụng như vậy nếu có độ lợi đủ lớn để làm khối khuếch đại thực sự. Trong các mạch sau này, giới hạn của các tầng khuếch đại sẽ ảnh hưởng đến dải thông số của mỗi mạch.

Việc thiết kế mạch thường tuân theo một trình tự nhất định cho từng mạch. Các đặc tính được định ra trước để xác định những gì mà mạch cần thực hiện, với các giới hạn được quy định. Ví dụ, độ khuếch đại có thể cần đạt 100 lần, với sai số dưới 5%, và thay đổi ít hơn 1% khi nhiệt độ thay đổi trong một phạm vi nhất định; tổng trở vào không nhỏ hơn 1 MΩ, v.v...

Một mạch điện được thiết kế thường sử dụng các công cụ mô phỏng trên máy tính để hỗ trợ. Các mạch khuếch đại thuật toán phổ biến và các linh kiện khác được lựa chọn để phù hợp với yêu cầu của mạch và với sai số cho phép với mức giá hợp lý. Nếu không đạt được tất cả các yêu cầu của mạch, các giá trị có thể cần phải điều chỉnh.

Sản phẩm mẫu sau đó sẽ được thực hiện và kiểm tra. Những thay đổi sẽ được áp dụng để nâng cao các đặc tính, thay đổi chức năng hoặc giảm chi phí.

Hoạt động - Với dòng điện một chiều

Độ khuếch đại mở được xác định là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại thuật toán từ đầu vào đến đầu ra khi không có phản hồi. Trong hầu hết các ứng dụng thực tế, độ khuếch đại mở được cho là vô cùng lớn mặc dù thực tế không phải như vậy. Một linh kiện tiêu biểu thường có độ khuếch đại mở đối với dòng điện một chiều dao động từ 100.000 đến 1.000.000. Giá trị này đủ lớn cho các ứng dụng với độ khuếch đại xác định bằng phản hồi âm. Các mạch khuếch đại thuật toán có những giới hạn mà các nhà thiết kế cần nhớ rõ và đôi khi phải làm việc với chúng. Trong thiết kế cụ thể, có thể xảy ra hiện tượng mất ổn định trong các mạch khuếch đại một chiều nếu bỏ qua các thành phần đảo chiều.

Hoạt động - Với dòng điện xoay chiều

Độ khuếch đại của mạch khuếch đại thuật toán trong dòng điện một chiều không thể áp dụng cho dòng điện xoay chiều tần số cao. Tỷ lệ khuếch đại thường nghịch với tần số. Điều này có nghĩa là các mạch khuếch đại thuật toán có tính chất dựa trên tích số Độ khuếch đại - Băng thông. Ví dụ, một mạch khuếch đại thuật toán có tích số Độ khuếch đại - Băng thông là 1 MHz sẽ có độ khuếch đại là 5 ở 200 kHz và là 1 ở 1 MHz. Đặc tính này giúp tăng tính ổn định của mạch bằng cách bù tần số.

Các mạch khuếch đại thuật toán thông dụng giá rẻ thường có tích số độ lợi - băng thông từ vài MHz. Các mạch khuếch đại đặc biệt và mạch khuếch đại thuật toán tốc độ cao có thể có tích số độ lợi - băng thông lên đến hàng trăm MHz. Đối với các ứng dụng tần số rất cao thường sử dụng mạch khuếch đại thuật toán hồi tiếp dòng điện.

Mạch khuếch đại không đảo cơ bản

Một mạch khuếch đại thuật toán thông dụng có 2 đầu vào và 1 đầu ra. Điện áp đầu ra là bội số của sai biệt điện áp hai đầu vào:

V_out = G(V₊ − V₋)

G là độ khuếch đại mở của mạch khuếch đại thuật toán. Đầu vào được giả định có tổng trở rất cao; Dòng điện vào hoặc ra ở đầu vào sẽ không đáng kể. Đầu ra được giả định có tổng trở rất thấp.

Nếu kết quả được đưa trở về đầu vào đảo sau khi được chia bằng một bộ phân áp, thì:

Điều kiện V+ = Vin

Điều kiện V- = KVout

Điều kiện Vout = G(Vin - KVout)

Để tính tỷ lệ khuếch đại tuyến tính của mạch, ta sử dụng công thức:

Điện áp ra so với điện áp vào của mạch được tính bằng công thức:

Khi hệ số khuếch đại lớn, tỷ lệ điện áp ra/điện áp vào gần bằng nghịch đảo của hằng số K, hay là 1 + (R2/R1).

Mạch nối hồi tiếp âm này linh hoạt và được sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử.

Trong mạch khuếch đại thuật toán với hồi tiếp âm, điều quan trọng là điều chỉnh điện áp ra sao cho tiếp điểm vào gần nhau, và tổng trở đầu vào cao thường được ưu tiên.

1. Đầu vào không có dòng điện vào.
2. Điện áp tại hai đầu vào phải gần nhau.

Trường hợp đặc biệt là khi điện áp ra cần phải vượt quá nguồn cấp, điện áp ra sẽ gần bằng với nguồn cấp, V_S+ hoặc V_S−.

Hầu hết các mạch khuếch đại thuật toán có thứ tự chân ra chuẩn, cho phép thay thế linh hoạt mà không cần thay đổi sơ đồ nối dây. Một mạch khuếch đại thuật toán cụ thể được lựa chọn dựa trên đặc tính như độ lợi, băng thông, hệ số tạp âm, tổng trở đầu vào, công suất tiêu thụ hoặc sự kết hợp của chúng.

Sơ đồ bên trong của mạch khuếch đại thuật toán 741

Mặc dù có thể có sự khác biệt trong thiết kế giữa các sản phẩm và các nhà sản xuất, nhưng tất cả các mạch khuếch đại thuật toán đều có cấu trúc chung bao gồm 3 tầng bên trong:

1. Mạch khuếch đại vi sai
   • Tầng khuếch đại đầu vào — sản sinh độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai
2. Mạch khuếch đại điện áp
   • Tầng khuếch đại điện áp, tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớn, độ suy giảm tần số đơn cực, và thường có đầu ra đơn
3. Mạch khuếch đại đầu ra:
   • Tầng khuếch đại đầu ra, tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch.

Gương dòng điện

Các phần mạch điện được tô màu đỏ cam là các gương dòng điện. Dòng điện ban đầu để sinh ra các dòng điện khác được xác định bởi điện áp cấp nguồn và điện trở 39 kΩ cùng với 2 mối nối pn tạo ra. Dòng điện được tính gần đúng bằng:

(VS+ − VS− − 2Vbe)/39 kΩ.

Trạng thái của tầng khuếch đại đầu vào được điều khiển bởi hai gương dòng điện ở phía trái. Q10 và Q11 hình thành một nguồn dòng Widlar trong đó điện trở 5 kΩ sẽ đặt dòng điện của cực thu Q10 đến một trị số rất nhỏ so với dòng điện ban đầu. Dòng điện cố định của Q10 cung cấp dòng cực nền cho transistor Q3 và Q4 và dòng cực thu cho Q9, trong khi gương dòng điện Q8 và Q9 theo sau độ lớn của dòng cực thu Q3 và Q4. Dòng này cũng bằng với dòng điện yêu cầu cho đầu vào và là một tỷ lệ nhỏ của dòng điện Q10 ban đầu.

Một cách khác để nhìn vấn đề là nếu dòng điện vào tăng cao hơn dòng điện Q10, thì gương dòng điện Q8, Q9 sẽ giảm dòng ra khỏi cực nền chung của Q3 và Q4, giới hạn dòng vào, và ngược lại. Do đó, điều kiện một chiều của tầng đầu vào được ổn định bởi một hệ thống hồi tiếp âm với độ lợi cao. Vòng hồi tiếp này cũng loại trừ những thay đổi pha của các thành phần khác trong mạch bằng cách duy trì điện áp cực nền của Q3/Q4 thấp hơn 2V_be của điện áp đầu vào.

Gương dòng điện ở góc trái trên Q12/Q13 tạo ra dòng điện cố định cho tầng khuếch đại điện áp lớp A qua cực thu của Q13, độc lập với điện áp ngõ ra.

Tầng khuếch đại vi sai đầu vào

Phần mạch điện được tô màu xanh dương đậm là một tầng khuếch đại vi sai. Q1 và Q2 là transistor đầu vào, được kết nối theo kiểu cực phát (hoặc kiểu cực thu chung), phối hợp bởi cặp transistor Q3 và Q4 nối cực gốc chung để tạo thành mạch vi sai đầu vào. Ngoài ra, Q3 và Q4 cũng hoạt động như một bộ dời mức điện áp và tạo ra độ lợi để kích hoạt tầng khuếch đại lớp A. Chúng cũng tăng cường khả năng chịu điện áp ngược V_be cho các transistor đầu vào.

Mạch khuếch đại vi sai Q1 - Q4 sẽ kéo một tải tích cực là gương dòng điện Q5 - Q7. Q7 tăng độ chính xác của gương dòng điện bằng cách giảm dòng điện tín hiệu cần thiết từ Q3 để kích hoạt cực nền của Q5 và Q6. Gương dòng điện này biến đổi tín hiệu vi sai thành tín hiệu đơn như sau:

Dòng điện tín hiệu của Q3 là đầu vào của gương dòng điện, trong khi đầu ra (cực thu của Q6) được nối đến cực thu của Q4. Tín hiệu từ Q3 và Q4 được cộng lại với nhau. Đối với nguồn vi sai đầu vào, tín hiệu của Q3 và Q4 bằng nhau nhưng ngược dấu. Như vậy, tổng này tương đương với hai lần dòng điện tín hiệu. Mạch này hoàn tất quá trình biến đổi từ tín hiệu vi sai đầu vào thành tín hiệu ra đơn.

Điện áp tín hiệu hở mạch xuất hiện ở điểm này do tổng dòng điện trên và các điện trở cực thu của Q4 và Q6 nối song song. Vì các điện trở cực thu của Q4 và Q6 đối với tín hiệu rất lớn, nên độ lớn của điện áp tín hiệu hở mạch ở tầng này cũng rất lớn.

Cần lưu ý rằng dòng điện cực nền của đầu vào không giống nhau, và tổng trở đầu vào vi sai của 741 là khoảng 2 MΩ. Chân 'offset null' có thể sử dụng để lắp thêm các điện trở ngoài song song với điện trở 1 kΩ (thường là hai đầu của một biến trở tinh chỉnh) để điều chỉnh cân bằng cho gương dòng điện Q5, Q6, và từ đó gián tiếp điều chỉnh điện áp ra khi tín hiệu đầu vào = 0.

Tầng khuếch đại điện áp lớp A

Phần nằm trong khối màu tím là một mạch khuếch đại lớp A. Nó gồm 2 transistor NPN nối Darlington và sử dụng đầu ra của một gương dòng điện làm tải cực thu để có độ lợi cao. Tụ điện 30 pF tạo ra hồi tiếp âm chọn lọc tần số cho tầng khuếch đại này, hình thành một bộ bù tần số để đảm bảo ổn định. Kỹ thuật này gọi là bù kiểu Miller và chức năng của nó tương tự một mạch tích phân dùng mạch khuếch đại thuật toán. Đặc tính biên độ tần số của nó có độ dốc bắt đầu từ 10 Hz và giảm 3 dB / bát độ theo tần số. Nó sẽ kết thúc khi độ lợi giảm xuống một.

Mạch định thiên đầu ra

Khối màu xanh lá cây (Q16) là một mạch dời mức điện áp hoặc một mạch nhân Vbe, một dạng của nguồn điện áp. Trong mạch điện như hình vẽ, Q16 tạo ra một sụt áp không đổi giữa cực thu và cực phát bất kể dòng điện qua mạch. Nếu dòng điện cực nền gần bằng không, điện áp giữa hai cực phát và cực nền là 0.625 V (giá trị chuẩn của BJT trong miền tích cực). Do đó, dòng điện qua điện trở 4.5 kΩ sẽ bằng với dòng điện qua điện trở 7.5 kΩ và gây ra giảm áp trên đó là 0.375 V. Vì vậy, nó sẽ duy trì điện áp trên 2 đầu transistor và 2 điện trở là 0.625 + 0.375 = 1 V. Nó sẽ định thiên cho 2 transistor đầu ra ở vùng dẫn gần và giảm méo xuyên tâm. Trong một số mạch khuếch đại linh kiện rời, chức năng này được thực hiện với chỉ 2 diode.

Tầng xuất

Tầng xuất (khối màu xanh lạt) là một mạch khuếch đại đầy kéo lớp AB (Q14, Q20) được định thiên bằng bộ nhân điện áp Vbe Q16 và các điện trở cực thu của nó. Tầng này được kéo bằng cực thu của Q13 và Q19. Dải điện áp ra khoảng thấp hơn 1 volt so với nguồn cấp ứng bao gồm phần điện áp của Vbe transistors Q14 và Q20.

Điện trở 25 Ω trong mạch ra hành động như một mạch nhạy dòng, để giới hạn dòng ra của transistor Q14 vào khoảng 25 mA cho 741. Giới hạn dòng điện ra âm bằng cách sử dụng điện áp ngang qua điện trở cực phát của Q19 và áp này được dùng để giảm dòng điện kéo cực nền của Q15. Trong các phiên bản mới hơn, có thể thấy những sai biệt nhỏ trong mạch giới hạn dòng ra này.

Điện trở ra không bằng 0, nhưng nếu sử dụng hồi tiếp, nó có thể tiến đến gần 0 khi có sử dụng hồi tiếp âm.

Ghi chú: Mạch 741 đã từng được sử dụng trong các thiết bị âm thanh và các thiết bị nhạy cảm khác, nhưng hiện nay ít được sử dụng hơn do các mạch khuếch đại hiện đại đã có nhiều tiến bộ trong việc loại bỏ tạp âm. Ngoài các tạp âm phát sinh, 741 và các mạch cũ hơn cũng có tỷ số nén tín hiệu đồng pha không tốt, dẫn đến tiếng hú và các tương tác đồng pha khác như tiếng 'click' khi đóng ngắt nguồn trong các thiết bị nhạy cảm.