Skip to content
RFrftools.io
General

オペアンプクローズドループ帯域幅計算ツール

オペアンプのクローズドループ帯域幅をGBWから計算し、10～ 90% の立ち上がり時間を求め、安定性を検証します。アンプの設計に不可欠です。無料で即時に結果が得られます。

Loading calculator...

公式

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

参考: Texas Instruments, "Op Amp Applications Handbook"

GBW— ゲイン帯域幅積 (Hz)
A_CL— クローズド・ループ・ゲイン (V/V)
BW— -3dB 帯域幅 (Hz)
t_r— 10～ 90% の立ち上がり時間 (s)

仕組み

オペアンプ帯域幅計算機は、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。これは オーディオアンプ設計、アクティブフィルター合成、および高速シグナルコンディショニングに不可欠です。アナログ設計者、オーディオ・エンジニア、データ・アクイジションのスペシャリストは、これを使用して、アンプの帯域幅が信号要件を十分なマージンで超えていることを検証します。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%)。多段アンプの場合、同一のn段の合計帯域幅は 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 — 3.5倍のマージンで50kHzの要件を超えています。ステージあたりの立ち上がり時間: t_r = 0.35/300kHz = 1.17μs. 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での10Vピークの場合、 SR_min = 2π × 20kHz × 10V = 1.26V/μs. TL072 SR = 13V/μs は10倍のマージンを提供します。

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 — 3つの同一のステージをカスケード接続すると、カスケード式に従って合計帯域幅が √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

GBWは、オープンループのゲインがユニティ（0dB）まで低下する周波数で、汎用オペアンプの場合は通常1〜100MHzです。電圧フィードバックタイプの場合、クローズドループ帯域幅 = GBW/ゲインです。ゲイン=10のLM358 (GBW = 1MHz) の帯域幅は100kHzで、同じゲインのOPA2134 (GBW = 8MHz) の帯域幅は800kHzです。
電圧帰還型オペアンプの場合は逆比例:BW = GBW/ゲインゲインを 2 倍にすると帯域幅が半分になります。ゲイン = 1 (ユニティ・ゲイン・バッファ) では、帯域幅は GBW に等しくなります (位相余裕の制約によりそれ以下)。ゲインが 100 の場合、帯域幅は GBW の 100 分の 1 になります。電流フィードバックオペアンプは、ゲインに関係なく一定の帯域幅を維持します。
単極応答の場合: t_rise(10%-90%) = 0.35/BW帯域幅が100kHzの場合、立ち上がり時間は 3.5μs になります。多極応答 (バターワース) の場合: t_rise = 0.35/BW × √n 。ここで n = 極数。エルモア遅延解析によるこの関係は、高速設計の基本です。
GBW > ゲイン× required_bandwidth × マージン帯域幅が 100 kHz、マージンが 2 倍のゲイン = 50 の場合、GBW > 50 × 100kHz × 2 = 10 MHz となります。OPA2134 (8MHz)、AD8605 (10MHz)、OPA365 (50MHz) などのオペアンプを選択してください。スルーレートが大信号要件を満たしていることを個別に確認してください。

関連記事

Signal Processing

バターワース対チェビシェフ対ベッセルフィルター

アクティブフィルターの選択と設計方法バターワース、チェビシェフ、ベッセル応答を信号処理と RF の実例と比較します。

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Resistor Kit (1%, E24)

Precision 1% thin-film SMD resistor assortment, 0402 package

Amazon →

Ceramic Capacitor Kit

MLCC ceramic capacitor assortment in 0402 package

Amazon →

Solderless Breadboard

Full-size breadboard for circuit prototyping

Amazon →

関連計算ツール

General

オペアンプゲイン

反転アンプ、非反転、差動アンプ構成のオペアンプ電圧ゲイン、ゲイン（dB）、-3dB帯域幅、および入力インピーダンスを計算します。

General

コンパレータヒステリシス

シュミットトリガー回路のコンパレータヒステリシストリップポイント、上限および下限スレッショルド電圧を計算し、必要なヒステリシス率になるように抵抗値を設計します。

General

シュミットトリガー

正のフィードバックをもつコンパレータ回路の非反転シュミットトリガースレッショルド電圧とヒステリシスバンドを計算します。

General

オームの法則

オームの法則を使用して電圧、電流、抵抗、電力を計算します。任意の 2 つの値を入力して残りの 2 つの量を解きます。