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オペアンプのスルーレートとフルパワー帯域幅

スルーレートと信号振幅からオペアンプのフルパワー帯域幅を計算し、オペアンプがスルーレート歪みなしで信号を処理できることを確認します。

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公式

FPBW=SR/(2π×Vpeak)FPBW = SR / (2π × V_peak)
SR— スルーレート (V/μs)
V_peak— ピーク出力電圧 (V)

仕組み

オペアンプのスルーレート計算機は、フルパワー帯域幅（FPBW）と最小スルーレート要件を計算します。これは オーディオアンプ設計、ビデオ回路、および高周波信号処理に不可欠です。アナログ設計者、オーディオエンジニア、RF フロントエンド設計者は、これを利用して大信号アプリケーションにおけるスルーによる歪みを防ぎます。ホロウィッツ＆ヒルの「アート・オブ・エレクトロニクス」（第3版、239ページ）によると、スルーレート（SR）は出力が達成できる最大dV/dtであり、汎用オペアンプでは通常0.5〜100 V/μs です。オペアンプが全振幅の正弦波を歪みなく再生できるかどうかは、 SR_min = 2πfV_peak (V/μs の関係 (f が MHz、V がボルトの場合) によって決まります。スルーレート制限を超えると三角波形の歪みが発生し、オーディオアプリケーションでは耳障りに聞こえる奇数倍音が追加されます。

計算例

NE5532 (SR = 9 V/μs) ) が、電源電圧が±15V、帯域幅が20kHzのプロフェッショナルオーディオに適していることを確認してください。歪みのない最大出力: V_peak = 13.5V (レールの 90%)。 SR_min = 2π × 20kHz × 13.5V / 10⁶ = 1.70 V/μs. マージン = 9/1.70 = 5.3× (オーディオトランジェントに最適) と計算します。FPBW = SR/(2π × V_peak) = 9×10⁶/(2π × 13.5) = 106 kHz と計算してください。NE5532はスルー制限なしで最大106kHzのフル振幅信号を再生できます。比較すると、LM358 (SR = 0.5 V/μs) ) は13.5VでFPBW = 5.9kHzなので、中程度の音量を超えるハイファイオーディオには適していません。

実践的なヒント

  • ✓オーディオ (20kHz、±12V) の場合:SR > 2V/μs 最小、SR > 5V/μs を推奨。テキサス・インスツルメンツのオーディオガイドによると、NE5532 (9V/μs)、OPA2134 (20V/μs)、LME49720 (20V/μs) は実証済みの選択肢です。
  • ✓ビデオ・オペアンプ（AD8061、OPA695）は、高速アプリケーション向けにSR> 300V/μs を提供（50MHzを超える周波数で1Vppが必要）
  • ✓スルーレート歪みは、ソフトクリッピングに比べて明らかにきつい音になります。大音量で歪みが「ざらつく」聞こえる場合は、20kHzのオシロスコープで測定してください

よくある間違い

  • ✗スルーレートとゲイン帯域幅がわかりにくい — GBWは小信号帯域幅を制限し、SRは大信号帯域幅を制限します。オペアンプのGBWは高くてもSRは低い場合があります (例:LM358:1MHz GBW、 0.5V/μs SR)
  • ✗出力振幅要件を無視 — SR 要件はピーク電圧に比例します。10 V 振幅では、同じ周波数で 5 V 振幅の 2 倍のSR が必要です。
  • ✗SRが正確に SR_min —トランジェントと高調波のオペアンプを選択するには、基本値を超える瞬時スルーレートが必要。SRが3× SR_minを超える設計

よくある質問

SR_min = 2π × 20kHz × 12V / 10⁶ = 1.51 V/μs. 2倍の安全マージン:SR > 3V/μs. 最新のオーディオオペアンプ (NE5532: 9V/μs, TL072: 13V/μs, OPA2134: 20V/μs) はこれを3～10倍上回り、トランジェントに対するヘッドルームを提供します)。
はい。再構成フィルタの出力には、オーディオ周波数でもSR> 10V/μs を必要とする高速トランジェントが発生する場合があります。ESSテクノロジーのアプリケーションノートによると、DAC I/V変換にはNE5532 (9V/μs) はごくわずかです。OPA2134 (20V/μs) 2 またはLME49720 (20V/μs) のほうが適しています。
スルーリミット以下：THDはオープンループ歪み（高品質のオペアンプの場合は約0.001％）によって設定されます。スルーリミットに近い：「ソフト」スルー制限によりTHDは 0.1-1% に増加します。スルーリミットを超える場合：激しい三角クリッピングによりTHDが 10% 以上になる。20kHz で 0.01% 以下の周波数帯域を実現するには、SR > 5× SR_min.となるように設計してください。
FPBW = SR/(2π × V_peak). SR = 10V/μs でピーク出力が10Vのオペアンプは、FPBW = 10×10⁶/(2π × 10) = 159kHzです。これは歪みのない全振幅正弦波の最大周波数です。振幅が小さいほど、使用可能な帯域幅が広がります。振幅が半分になると FPBW は 2 倍になります。

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