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Audio

Fréquence de balayage de l'amplificateur opérationnel et bande passante à pleine puissance

Calculez la bande passante à pleine puissance de l'amplificateur opérationnel à partir de la fréquence de balayage et de l'amplitude du signal, et vérifiez que l'ampli opérationnel peut gérer votre signal sans distorsion de vitesse.

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Formule

FPBW=SR/(2π×Vpeak)FPBW = SR / (2π × V_peak)
SR— Taux de rotation (V/μs)
V_peak— Tension de sortie maximale (V)

Comment ça marche

Le calculateur de vitesse de balayage de l'amplificateur opérationnel calcule la bande passante à pleine puissance (FPBW) et les exigences de vitesse de balayage minimale, ce qui est essentiel pour la conception des amplificateurs audio, les circuits vidéo et le traitement des signaux haute fréquence. Les concepteurs analogiques, les ingénieurs du son et les concepteurs frontaux RF l'utilisent pour empêcher la distorsion induite par le glissement dans les applications à gros signaux. Selon Horowitz & Hill « Art of Electronics » (3e éd., p.239), le taux de balayage (SR) est le dV/dt maximum que la sortie peut atteindre, généralement 0,5 à 100 V/μs pour les amplificateurs opérationnels à usage général. La relation SR_min = 2πFV_peak (V/μs lorsque f est en MHz et V en volts) détermine si un amplificateur opérationnel peut reproduire une onde sinusoïdale de pleine amplitude sans distorsion. Le dépassement de la limite de vitesse de balayage entraîne une distorsion triangulaire de la forme d'onde, ce qui ajoute des harmoniques étranges qui semblent sévères dans les applications audio.

Exemple Résolu

Vérifiez l'adéquation du NE5532 (SR = 9 V/μs) à l'audio professionnel avec des alimentations ±15 V et une bande passante de 20 kHz. Sortie maximale sans distorsion : V_peak = 13,5 V (90 % du rail). Calculez SR_min = 2π × 20 kHz × 13,5 V/10 = 1,70 V/μs. Marge = 9/1,70 = 5,3× (adéquate pour les transitoires audio). Calculez FPBW = SR/ (2π × V_peak) = 9×10/ (2π × 13,5) = 106 kHz. Le NE5532 peut reproduire des signaux de pleine amplitude jusqu'à 106 kHz sans limitation de balayage. À titre de comparaison, le LM358 (SR = 0,5 V/μs) a un FPBW = 5,9 kHz à 13,5 V, ce qui ne convient pas à l'audio haute fidélité au-dessus de volumes modérés.

Conseils Pratiques

  • ✓Pour l'audio (20 kHz, ±12 V) : SR > 2 V/μs minimum ; SR > 5 V/μs recommandé. Les modèles NE5532 (9 V/μs), OPA2134 (20 V/μs) et LME49720 (20 V/μs) ont fait leurs preuves, selon le guide audio de Texas Instruments
  • ✓Les amplificateurs vidéo opérationnels (AD8061, OPA695) fournissent un SR > 300 V/μs pour les applications à haut débit, requis pour 1 Vpp à des fréquences supérieures à 50 MHz
  • ✓La distorsion lente produit un son nettement plus intense que l'écrêtage doux : mesurez à l'aide d'un oscilloscope à 20 kHz si la distorsion semble « granuleuse » à des volumes élevés

Erreurs Fréquentes

  • ✗Confusion entre vitesse de balayage et gain de bande passante : GBW limite la bande passante des petits signaux ; SR limite la bande passante des grands signaux. Un amplificateur opérationnel peut avoir un GBW élevé mais un SR faible (par exemple, LM358 : 1 MHz GBW, 0,5 V/μS SR)
  • ✗Ignorer les exigences de variation de sortie : les exigences SR évoluent de manière linéaire avec la tension de crête ; une oscillation de 10 V nécessite 2 fois le SR d'une oscillation de 5 V à la même fréquence
  • ✗Sélection de l'amplificateur opérationnel avec SR exactement à SR_min — les transitoires et les harmoniques nécessitent des vitesses de balayage instantanées supérieures à la valeur fondamentale ; conception pour SR > 3 × SR_min

Foire Aux Questions

SR_min = 2 π × 20 kHz × 12 V/10 = 1,51 V/μs. Avec une marge de sécurité multipliée par 2 : SR > 3 V/μS. La plupart des amplificateurs opérationnels audio modernes (NE5532 : 9 V/μs, TL072 : 13 V/μs, OPA2134 : 20 V/μs) dépassent ce seuil de 3 à 10 fois, offrant ainsi une marge de manœuvre pour les transitoires.
Oui, la sortie du filtre de reconstruction peut présenter des transitoires rapides nécessitant un SR > 10 V/μs, même pour les fréquences audio. Le NE5532 (9 V/μs) est marginal ; l'OPA2134 (20 V/μs) ou le LME49720 (20 V/μs) sont préférés pour la conversion DAC I/V conformément aux notes d'application de la technologie ESS.
En dessous de la limite de balayage : le THD est réglé par distorsion en boucle ouverte (~ 0,001 % pour les amplificateurs opérationnels de qualité). Près de la limite de rotation : la limitation de rotation « douce » augmente le THD à 0,1 %. Au-delà de la limite de rotation : un écrêtage triangulaire sévère provoque un THD supérieur à 10 %. Pour THD < 0.01% at 20kHz, design for SR > 5 × SR_min.
FPBW = SR/ (2π × V_pic). Un amplificateur opérationnel avec SR = 10 V/μS et une sortie de crête de 10 V a un FPBW = 10 × 10/(2 π × 10) = 159 kHz. Il s'agit de la fréquence maximale pour les ondes sinusoïdales de pleine amplitude non déformées. À des amplitudes plus faibles, la bande passante utilisable s'étend plus haut : la demi-amplitude double le FPBW.

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