연산 증폭기 폐쇄 루프 대역폭 계산기
GBW (게인 대역폭 제품) 에서 연산 증폭기 폐루프 -3dB 대역폭을 계산하고, 상승 시간을 결정하고, 위상 마진을 확인합니다.
공식
참고: Texas Instruments, "Op Amp Applications Handbook"
작동 방식
연산 증폭기 대역폭 계산기는 GBW (게인 대역폭 제품) 에서 폐루프 대역폭을 계산합니다. 이는 오디오 앰프 설계, 액티브 필터 합성 및 고속 신호 컨디셔닝에 필수적입니다.아날로그 설계자, 오디오 엔지니어 및 데이터 수집 전문가는 이를 사용하여 증폭기 대역폭이 신호 요구 사항을 충분히 초과하는지 확인합니다.Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (제3판, p.233) 에 따르면 전압 피드백 연산 증폭기의 경우 대역폭 × 게인 = GBW (상수).게인 = 100인 10MHz GBW 연산 증폭기의 대역폭은 100kHz에 불과합니다.상승 시간은 대역폭과 관련이 있습니다. t_rise = 0.35/BW (단극 응답의 경우 상승 시간은 10%-90%) 입니다.다단계 증폭기의 경우 총 대역폭은 n개의 동일한 스테이지에 대해 BW_Total = BW_Single/ √n을 따릅니다.
계산 예제
TL072 (GBW = 3MHz) 을 사용하여 총 게인이 1000 (60dB) 이고 대역폭이 50kHz 이상인 3단계 오디오 프리앰프를 설계하십시오.옵션 1: 싱글 스테이지 게인 = 1000, 대역폭 = 3MHz/1000 = 3kHz — 충분하지 않습니다.옵션 2: 세 단계의 게인은 각각 10개이며, 스테이지당 대역폭 = 3MHz/10 = 300kHz입니다.총 대역폭 = 300kHz/√3 = 173kHz — 3.5배의 마진으로 50kHz 요구 사항을 초과합니다.스테이지당 상승 시간: t_r = 0.35/300kHz = 1.17μs.캐스케이드 상승 시간: t_r_total = √ (3 × 1.17²) = 2.0μs.슬루레이트 체크: 20kHz에서 최대 10V의 경우 SR_min = 2π × 20kHz × 10V = 1.26V/μs.TL072 SR = 13V/μs는 10배의 마진을 제공합니다.
실용적인 팁
- ✓제어 시스템 설계 지침에 따라 최대 신호 주파수에서 1° 미만의 위상 오차를 유지하기 위한 BW > 5배 신호 대역폭에 맞게 설계
- ✓게인이 10을 초과하는 경우 데이터시트의 위상 마진을 확인하십시오. 일부 연산 증폭기에는 진동을 방지하기 위해 외부 보정 커패시터가 필요합니다.
- ✓전류 피드백 증폭기 (AD8009, OPA695) 를 사용하여 게인에 관계 없이 일정한 대역폭을 제공합니다. BW > 100MHz가 필요한 비디오 및 RF 애플리케이션에 적합합니다.
흔한 실수
- ✗GBW가 모든 이득에서 유효하다는 가정 — GBW는 위상 마진 저하로 인해 매우 낮은 이득 (<2) 에서 감소합니다. 데이터시트 보드 플롯에서 확인
- ✗다단계 대역폭 감소 무시 — 동일한 세 단계를 계단식으로 연결하면 총 대역폭이 캐스케이딩 공식당 √3 = 1.73배 감소합니다.
- ✗GBW와 슬루레이트 혼동 — GBW는 작은 신호 대역폭을 제한하고 슬루레이트는 큰 신호 대역폭을 제한합니다.본격적인 작동을 위해서는 둘 다 검증되어야 합니다.
자주 묻는 질문
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