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오피앰프 슬루 레이트 및 풀파워 대역폭

오피앰프의 풀파워 대역폭을 계산하고 슬루 레이트 왜곡 없이 신호를 처리할 수 있는지 검증합니다.

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공식

FPBW = SR / (2π × V_peak)

SR — Slew rate (V/μs)
V_peak — Peak output voltage (V)

작동 방식

슬루레이트 (SR) 는 연산 증폭기의 출력 전압이 변할 수 있는 최대 속도이며 V/μs로 표시됩니다.연산 증폭기 내부의 보정 커패시터에 사용할 수 있는 충전 전류에 의해 결정됩니다.진폭이 큰 고주파 신호가 연산 증폭기가 공급할 수 있는 것보다 더 빠른 전압 변화를 요구하는 경우 출력은 사인파 대신 삼각파가 되는데, 이를 슬루레이트 제한이라고 하는 비선형 왜곡입니다.최대 전력 대역폭 (FPBW) 은 연산 증폭기가 왜곡되지 않은 전체 진폭 정현파 출력을 생성할 수 있는 최고 주파수입니다. FPBW = SR/ (2π × V_peak).주파수 f 및 피크 진폭 V_p의 신호를 왜곡 없이 처리하는 데 필요한 최소 슬루율은 sr_min = 2π × f × V_p (단위: V/μs, 10로 나누기) 입니다.오디오 연산 증폭기는 20kHz 신호를 처리해야 하며, ±10V 출력에서 SR_min = 2π × 20000 × 10≈ 1.26V/μs입니다.

계산 예제

연산 증폭기: NE5532, SR = 9V/μs.신호: 20kHz, 5V 피크.
필요한 최소 슬루율:
SR_최소 = 2π × 20000 × 5/10= 0.628 V/μs
SR 마진 = 9 − 0.628 = 8.37V/μs (적정)
최대 전력 대역폭:
FPBW = 9 × 10/ (2π × 5) = 286,479Hz ≈ 286kHz
NE5532 모델은 슬루 제한 없이 오디오를 훨씬 능가하는 5V 피크 신호를 최대 286kHz까지 처리할 수 있습니다.하지만 ±15V 전원 공급 (V_피크 = 90% 레일에서 13.5V) 으로 사용할 경우:
20kHz = 2π × 20000 × 13.5/10= 1.70V/μs의 경우 SR_최소
FPBW = 9 × 10/ (2π × 13.5) = 106kHz — 오디오에는 여전히 충분합니다.

실용적인 팁

  • ✓±15V 레일과 20kHz 신호가 있는 오디오 회로의 경우 SR > 2V/μs가 절대 최소값입니다. 헤드룸에는 5V/μs 이상을 사용하십시오.NE5532 (9V/μs) 및 OPA2134 (20V/μs) 은 충분한 슬루 마진을 갖춘 인기 있는 오디오 제품입니다.
  • ✓고속 비디오 또는 RF 연산 증폭기 (SR 100+ V/μs) 는 오디오에서 항상 좋은 것은 아닙니다. 오디오 주파수 폐루프 게인에서 잡음이 심하고 불안정해질 수 있습니다.연산 증폭기를 실제로 필요한 대역폭에 맞추세요.
  • ✓슬루레이트 디스토션은 거칠고 윙윙 거리는 소리가 나며 고조파 왜곡과는 확연히 다릅니다.높은 볼륨에서 연산 증폭기 스테이지의 소리가 심하면 스코프에서 출력 파형을 20kHz로 측정하여 삼각 클리핑이 있는지 확인하십시오.

흔한 실수

  • ✗GBW (게인 대역폭 곱) 와 슬루레이트 (slew rate) 를 혼동하기 때문에 GBW는 폐루프 조건의 소신호 대역폭에 적용됩니다.슬루레이트는 신호가 크고 비선형적인 한계입니다.고속 GBW 연산 증폭기는 진폭이 큰 고주파수 신호에서도 여전히 슬루 리미트가 가능합니다.
  • ✗실제 피크 진폭을 고려하는 것을 잊어버리면 슬루율 요구 사항이 피크 진폭에 따라 직접 조정됩니다.±10V 피크 시 FPBW가 100kHz인 연산 증폭기는 ±20V 피크에서 FPBW가 50kHz에 불과합니다.
  • ✗정확히 SR = SR_min인 연산 증폭기를 선택하십시오. 특히 고조파 및 과도 현상으로 인해 기본 요구 사항을 초과하는 순간 슬루율이 필요할 수 있는 오디오 애플리케이션에서는 항상 최소 2x (6dB) 의 설계 마진을 적용해야 합니다.

자주 묻는 질문

SR_min = 2π × 20000 × 12/10≈ 1.51 V/μs.안전 마진이 2배인 경우 목표는 3V/μs 이상이어야 합니다.대부분의 최신 오디오 연산 증폭기 (NE5532:9V/μs, TL072:13V/μs) 는 이 기준을 훨씬 능가합니다.
네.DAC 출력 버퍼 연산 증폭기는 재구성 필터 이후 20kHz 오디오를 통과해야 하지만 재구성 필터 자체는 나이퀴스트 주파수 (44.1kHz 오디오의 경우 22.05kHz) 에서 마이크로초 미만의 과도 현상을 생성할 수 있습니다.이러한 과도 현상을 깔끔하게 처리하려면 SR이 10V/μs보다 큰 버퍼 연산 증폭기를 선택하십시오.
슬루레이트 한계에 근접했지만 도달하지 못하는 신호 레벨에서 연산 증폭기는 '소프트 슬루레이트 제한'을 생성합니다. 이는 명백한 파형 클리핑이 보이기 전에 THD를 증가시키는 완만한 비선형성의 한 형태입니다.20kHz에서 THD를 0.001% 미만으로 유지하려면 SR_min보다 최소 3~5배 높은 SR을 설계하십시오.

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