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Calculateur de bande passante en boucle fermée Op-Amp

Calculez la bande passante de -3 dB en boucle fermée de l'amplificateur opérationnel à partir du produit de gain de bande passante (GBW), déterminez le temps de montée et vérifiez la marge de phase.

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Formule

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

Référence: Texas Instruments, "Op Amp Applications Handbook"

GBW— Produit de gain de bande passante (Hz)
A_CL— Gain en boucle fermée (V/V)
BW— -3dB de bande passante (Hz)
t_r— Temps de montée de 10 à 90 % (s)

Comment ça marche

Le calculateur de bande passante d'amplificateur opérationnel calcule la bande passante en boucle fermée à partir du produit de gain de bande passante (GBW), ce qui est essentiel pour la conception des amplificateurs audio, la synthèse de filtres actifs et le conditionnement du signal à haut débit. Les concepteurs analogiques, les ingénieurs du son et les spécialistes de l'acquisition de données l'utilisent pour vérifier que la bande passante de l'amplificateur dépasse les exigences en matière de signal avec une marge suffisante. Par Horowitz & Hill « Art of Electronics » (3e éd., p.233), pour les amplificateurs opérationnels à retour de tension, bande passante × gain = GBW (constant). Un amplificateur opérationnel GBW de 10 MHz à gain = 100 n'a qu'une bande passante de 100 kHz. Le temps de montée est lié à la bande passante : t_rise = 0,35/BW (temps de montée de 10 % à 90 % pour une réponse unipolaire). Pour les amplificateurs multi-étages, la bande passante totale suit BW_Total = BW_Single/√ n pour n étages identiques.

Exemple Résolu

Concevez un préamplificateur audio à 3 étages avec un gain total = 1000 (60 dB) et une bande passante supérieure à 50 kHz à l'aide du TL072 (GBW = 3 MHz). Option 1 : gain à un étage = 1000, BW = 3 MHz/1 000 = 3 kHz — insuffisant. Option 2 : Trois niveaux de gain = 10 chacun, par étage BW = 3 MHz/10 = 300 kHz. Bande passante totale = 300 kHz/√ 3 = 173 kHz — dépasse l'exigence de 50 kHz avec une marge de 3,5 fois. Temps de montée par étage : t_r = 0,35/300 kHz = 1,17 μs. Temps de montée en cascade : t_r_total = √ (3 × 1,17²) = 2,0 μs. Contrôle de la fréquence de balayage : pour 10Vpeak à 20 kHz, SR_min = 2π × 20 kHz × 10 V = 1,26 V/μs. TL072 SR = 13 V/μS fournit une marge de 10 fois.

Conseils Pratiques

  • ✓Conception pour une bande passante de signal BW > 5x afin de maintenir une erreur de phase inférieure à 1° à la fréquence maximale du signal, conformément aux directives de conception du système de contrôle
  • ✓Pour des gains supérieurs à 10, vérifiez la marge de phase sur la fiche technique : certains amplificateurs opérationnels nécessitent un condensateur de compensation externe pour éviter les oscillations
  • ✓Utilisez des amplificateurs à retour de courant (AD8009, OPA695) pour une bande passante constante quel que soit le gain. Idéal pour les applications vidéo et RF nécessitant une bande passante > 100 MHz

Erreurs Fréquentes

  • ✗En supposant que le GBW est valide pour tous les gains, le GBW diminue à des gains très faibles (<2) en raison de la dégradation de la marge de phase ; vérifier sur le graphique de Bode de la fiche technique
  • ✗Ignorer la réduction de bande passante en plusieurs étapes : la mise en cascade de trois étapes identiques réduit la bande passante totale d'un facteur de √ 3 = 1,73 par formule de cascade
  • ✗Confondre GBW et vitesse de balayage : le GBW limite la bande passante des petits signaux ; le débit de balayage limite la bande passante des grands signaux. Les deux doivent être vérifiés pour un fonctionnement à plein régime

Foire Aux Questions

GBW est la fréquence à laquelle le gain en boucle ouverte tombe à l'unité (0 dB), généralement de 1 à 100 MHz pour les amplificateurs opérationnels à usage général. Pour les types à retour de tension, bande passante en boucle fermée = GBW/gain. Un LM358 (GBW = 1 MHz) à gain = 10 possède une bande passante de 100 kHz ; un OPA2134 (GBW = 8 MHz) au même gain a une bande passante de 800 kHz.
Inversement proportionnel pour les amplificateurs opérationnels à retour de tension : BW = GBW/gain. Doubler le gain divise par deux la bande passante. À gain = 1 (mémoire tampon à gain unitaire), la bande passante est égale à GBW (ou moins en raison des contraintes de marge de phase). À gain = 100, la bande passante est de 1/100 de GBW. Les amplificateurs opérationnels à retour de courant maintiennent une bande passante constante quel que soit le gain.
Pour une réponse unipolaire : t_rise (10 % à 90 %) = 0,35/BW. Une bande passante de 100 kHz donne un temps de montée de 3,5 μs. Pour une réponse multipolaire (Butterworth) : t_rise = 0,35/BW × √ n où n = nombre de pôles. Cette relation selon l'analyse des délais d'Elmore est fondamentale pour la conception à haute vitesse.
GBW > gain × bande passante requise × marge. Pour un gain = 50 avec une bande passante de 100 kHz et une marge de 2 fois : GBW > 50 × 100 kHz × 2 = 10 MHz. Sélectionnez des amplificateurs opérationnels tels que OPA2134 (8 MHz), AD8605 (10 MHz) ou OPA365 (50 MHz). Vérifiez séparément que la vitesse de balayage répond aux exigences en matière de grands signaux.

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