オペアンプクローズドループ帯域幅計算ツール
ゲイン帯域幅積 (GBW) からオペアンプのクローズドループ-3dB帯域幅を計算し、立ち上がり時間を決定し、位相マージンを検証します。
公式
参考: Texas Instruments, "Op Amp Applications Handbook"
仕組み
オペアンプ帯域幅計算機は、オーディオアンプの設計、アクティブフィルター合成、および高速信号調整に不可欠なゲイン帯域幅積（GBW）からクローズドループ帯域幅を計算します。アナログ設計者、オーディオエンジニア、およびデータ収集の専門家は、これを使用して、アンプの帯域幅が十分なマージンで信号要件を超えていることを確認します。Horowitz & Hillの「アート・オブ・エレクトロニクス」（第3版、233ページ）によると、電圧フィードバックオペアンプの場合、帯域幅 × ゲイン = GBW（一定）です。ゲインが100の10MHzのGBWオペアンプの帯域幅はわずか100kHzです。立ち上がり時間は帯域幅に関係します。t_rise = 0.35/BW (単極応答の立ち上がり時間は 10% ～ 90%) です。マルチステージ・アンプの場合、合計帯域幅は、同じ n 段の場合の合計帯域幅は BW_Total = BW_Single /√n に従います。
計算例
TL072 (GBW = 3MHz) を使用して、合計ゲインが 1000 (60dB)、帯域幅が 50 kHz を超える 3 ステージのオーディオプリアンプを設計します。オプション 1: シングルステージゲイン = 1000、帯域幅 = 3MHz/1000 = 3kHz — 十分ではありません。オプション 2:3 ステージのゲイン = それぞれ 10、ステージあたりの帯域幅 = 3 MHz/10 = 300 kHz。合計帯域幅 = 300kHz/√3 = 173kHz。つまり、3.5倍のマージンで50kHzの要件を上回っています。ステージあたりの立ち上がり時間:t_r = 0.35/300kHz = 1.17マイクロ秒。カスケード立ち上がり時間:t_r_total = √ (3 × 1.17²) = 2.0μs。スルーレートチェック:20kHzで10Vピークの場合、SR_Min = 2π × 20kHz × 10V = 1.26V/μsとなります。TL072 SR = 13V/μsでは10倍のマージンが得られます。
実践的なヒント
- ✓制御システムの設計ガイドラインに従い、最大信号周波数で1°未満の位相誤差を維持するための信号帯域幅の帯域幅が5倍を超えるように設計
- ✓ゲインが10より大きい場合は、データシートで位相余裕を確認してください。オペアンプの中には、発振を防ぐために外部補償コンデンサが必要なものもあります
- ✓ゲインに関係なく帯域幅を一定にするには、電流フィードバックアンプ（AD8009、OPA695）を使用。100MHzを超える帯域幅を必要とするビデオおよびRFアプリケーションに最適
よくある間違い
- ✗GBWがすべてのゲインで有効であると仮定すると、位相マージンの低下によりGBWが非常に低いゲイン（<2）で減少します。データシートのボーデ線図で検証
- ✗多段階の帯域幅削減を無視 — 同一の3つのステージをカスケード接続すると、合計帯域幅がカスケード式あたり√3 = 1.73の倍に減少します
- ✗GBWとスルーレートの混同性 — GBWは小信号帯域幅を制限し、スルーレートは大信号帯域幅を制限します。両方ともフルスイングで動作することを確認する必要があります。
よくある質問
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