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Calculadora de Ancho de Banda de Amplificador Operacional

Calcula el ancho de banda en lazo cerrado y el tiempo de subida de un amplificador operacional.

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Fórmula

BW=GBWACL,tr=0.35BWBW = \frac{GBW}{A_{CL}},\quad t_r = \frac{0.35}{BW}

Referencia: Texas Instruments, "Op Amp Applications Handbook"

GBW— Producto ganancia-ancho de banda (Hz)
A_CL— Ganancia de circuito cerrado (V/V)
BW— -3dB de ancho de banda (Hz)
t_r— 10-90% de tiempo de subida (s)

Cómo Funciona

Op-amp bandwidth calculator computes closed-loop bandwidth from gain-bandwidth product (GBW) — essential for audio amplifierdesign, active filter synthesis, and high-speed signal conditioning. Analog designers, audio engineers, and data acquisition specialists use this to verify that amplifier bandwidth exceeds signal requirements with adequate margin. Per Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (3rd ed., p.233), for voltage-feedback op-amps, bandwidth × gain = GBW (constant). A 10MHz GBW op-amp at gain = 100 has only 100kHz bandwidth. Rise time relates to bandwidth: t_rise = 0.35/BW (10%-90% rise time for single-pole response). For multi-stage amplifiers, total bandwidth follows BW_total = BW_single / √n for n identical stages.

Ejemplo Resuelto

Diseñe un preamplificador de audio de 3 etapas con una ganancia total = 1000 (60 dB) y un ancho de banda superior a 50 kHz con el TL072 (GBW = 3 MHz). Opción 1: ganancia de una sola etapa = 1000, ancho de banda = 3 MHz/1000 = 3 kHz, insuficiente. Opción 2: Tres etapas de ganancia = 10 cada una, ancho de banda por etapa = 3 MHz/10 = 300 kHz. Ancho de banda total = 300kHz/√3 = 173 kHz: supera el requisito de 50 kHz con un margen de 3,5 veces. Tiempo de subida por etapa: t_r = 0,35/300 kHz = 1.17μs. Tiempo de subida en cascada: comprobación de velocidad lenta de t_r_total = √(3 × 1.17²) = 2.0μs. : para un pico de 10 V a 20 kHz, SR_min = 2π × 20 kHz × 10V = 1.26V/μs. TL072 SR = 13V/μs proporciona un margen de 10 veces.

Consejos Prácticos

  • ✓Diseñe un ancho de banda de señal de ancho de banda superior a 5 veces para mantener un error de fase inferior a 1° en la frecuencia de señal máxima según las pautas de diseño del sistema de control
  • ✓Para ganancias superiores a 10, verifique el margen de fase en la hoja de datos: algunos amplificadores operacionales requieren un condensador de compensación externo para evitar la oscilación
  • ✓Utilice amplificadores de retroalimentación de corriente (AD8009, OPA695) para obtener un ancho de banda constante independientemente de la ganancia, ideal para aplicaciones de vídeo y RF que requieren un ancho de banda superior a 100 MHz

Errores Comunes

  • ✗Suponiendo que el GBW sea válido en todas las ganancias, el GBW disminuye con ganancias muy bajas (<2) debido a la degradación del margen de fase; verifique en la hoja de datos el diagrama de Bode
  • ✗Ignorar la reducción del ancho de banda en varias etapas: la conexión en cascada de tres etapas idénticas reduce el ancho de banda total en un factor de √3 = 1.73 según la fórmula en cascada
  • ✗Confundir el GBW con la velocidad de respuesta: el GBW limita el ancho de banda de señal pequeña; la velocidad de respuesta limita el ancho de banda de señal grande. Ambos deben verificarse para que funcionen a pleno rendimiento

Preguntas Frecuentes

El GBW es la frecuencia en la que la ganancia de bucle abierto cae a la unidad (0 dB), normalmente de 1 a 100 MHz para los amplificadores operacionales de uso general. Para los tipos de retroalimentación de voltaje, ancho de banda de bucle cerrado = GBW/ganancia. Un LM358 (GBW = 1 MHz) con una ganancia de 10 tiene un ancho de banda de 100 kHz; un OPA2134 (GBW = 8 MHz) con la misma ganancia tiene un ancho de banda de 800 kHz.
Inversamente proporcional para amplificadores operacionales con retroalimentación de voltaje: BW = GBW/ganancia. La duplicación de la ganancia reduce a la mitad el ancho de banda. Con una ganancia igual a 1 (búfer de ganancia unitaria), el ancho de banda equivale a GBW (o menos debido a las restricciones de margen de fase). Con una ganancia de 100, el ancho de banda es 1/100 de GBW. Los amplificadores operacionales con retroalimentación de corriente mantienen un ancho de banda constante independientemente de la ganancia.
Para respuesta unipolar: t_rise(10%-90%) = 0.35/BW. A 100kHz bandwidth yields 3.5μs rise time. Para respuesta multipolar (Butterworth) : t_rise = 0.35/BW × √n donde n = número de polos. Esta relación según el análisis de retardo de Elmore es fundamental para el diseño de alta velocidad.
GBW > ganancia × required_bandwidth × margen. Para una ganancia = 50 con un ancho de banda de 100 kHz y un margen de 2 veces: GBW > 50 × 100 kHz × 2 = 10 MHz. Selecciona amplificadores operacionales como el OPA2134 (8 MHz), el AD8605 (10 MHz) o el OPA365 (50 MHz). Verifique por separado que la velocidad de respuesta cumpla con los requisitos de señal grande.

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