Sähkö ja elektroniikka
Operaatiovahvistimen kaistanleveys- ja muutosnopeuslaskuri
Arvioi kaistanleveys, siniaallon vaatima muutosnopeus sekä amplitudin tai taajuuden rajat.
Syötetyt arvot
Tulokset
- Arvioitu piensignaalikaistanleveys
- —
- Kohinavahvistus
- —
- Vaadittu muutosnopeus
- —
- Muutosnopeuden rajoittama sinitaajuus
- —
- Muutosnopeuden rajoittama enimmäisamplitudi
- —
- Arvioitu vahvistuksen lasku
- —
Käyrä näyttää kaistanleveysmallin. Katkoviiva fSR merkitsee annetun amplitudin muutosnopeusrajaa; kyse ei ole särösimulaatiosta.
BW ≈ GBW / NGTarkista operaatiovahvistimen kaistanleveys ja siniaallon vaatima jännitteen muutosnopeus
Vertaa vahvistimen mallinnettua piensignaalikaistanleveyttä halutun lähdön siniaallon vaatimaan jännitteen muutosnopeuteen. Kaistanleveysarvio käyttää yksinapaista jännitetakaisinkytkennän likiarvoa ja piirin kohinavahvistusta. Muutosnopeuslaskelmat käyttävät lähtöamplitudia ja taajuutta toisistaan riippumatta. Työkalu ei simuloi säröä, varmista vakautta eikä tarkista tietyn komponentin tuloaluetta, lähdön jännitealuetta, käyttöjännitettä tai kuormitusta.
Vaihe vaiheelta
- Valitse invertoiva tai ei-invertoiva toiminta ja anna signaalivahvistuksen itseisarvo. Anna invertoivalle vahvistukselle positiivinen itseisarvo; ei-invertoivan vahvistuksen on oltava vähintään 1. Anna vahvistuksen ja kaistanleveyden tulo yksikössä MHz sekä jännitteen muutosnopeus yksikössä V/µs komponentin asiaankuuluvien käyttöolosuhteiden perusteella.
- Anna taajuus yksikössä kHz ja haluttu lähtöamplitudi. Valitse amplitudin esitystavaksi Vpk, Vpp tai Vrms. Amplitudi koskee lähtösignaalia, joten älä anna tuloamplitudia, ellei piirin signaalivahvistus ole yksi.
- Lue kaistanleveys, vaadittu jännitteen muutosnopeus, muutosnopeuden rajoittama taajuus ja vahvistuksen pieneneminen yhdessä. Tila kertoo, mikä mallinnettu kynnys ylittyy. Vertaa taajuutta kaistanleveyteen käyrän avulla ja tarkista sitten todellisen komponentin vakaus, lähdön jännitealue ja kuormitusvaatimukset erikseen.
Asetukset ja rajoitukset
- Signaalivahvistus ja kohinavahvistus
- Ei-invertoivassa piirissä kohinavahvistus on sama kuin signaalivahvistus. Invertoivassa piirissä kohinavahvistus on 1 + signaalivahvistuksen itseisarvo. Arvioitu kaistanleveys on GBW jaettuna kohinavahvistuksella, joten samat signaalivahvistuksen itseisarvot eivät anna samoja kaistanleveyksiä näissä kahdessa kytkennässä.
- Amplitudin esitystapa
- Siniaallolle Vpp = 2 × Vpk ja Vrms = Vpk / √2. Vaadittu jännitteen muutosnopeus on 2πf × Vpk. Esitystavan muuttaminen tulkitsee annetun luvun uudelleen; päivitä myös luku, kun tarkoituksena on kuvata samaa fyysistä aaltomuotoa.
- Mallinnetut rajat ja vaste
- Kaistanleveys on likimääräinen −3 dB:n piste, ei tae tasaisesta vahvistuksesta sen alapuolella. Vastekäyrä näyttää kaistanleveyteen liittyvän vahvistuksen pienenemisen. Katkoviivainen muutosnopeusmerkki kuvaa annetun amplitudin teoreettista kynnystä; se ei lisää muutosnopeudesta johtuvaa säröä käyrään eikä varmista särötöntä toimintaa.
Esimerkkitehtävä
Valitse ei-invertoiva vahvistus 10, GBW = 1 MHz, jännitteen muutosnopeus 0.5 V/µs ja lähtöamplitudi 1 Vpk. Taajuudella 10 kHz kaistanleveys on 100 kHz, vaadittu jännitteen muutosnopeus 0.0628319 V/µs ja mallinnettu vahvistuksen pieneneminen −0.0432137 dB.
| f | SRreq | ΔG | Vpk,max |
|---|---|---|---|
| 10 kHz | 0.0628319 V/µs | −0.0432137 dB | 7.95775 Vpk |
| 100 kHz | 0.628319 V/µs | −3.0103 dB | 0.795775 Vpk |
Nosta taajuus arvoon 100 kHz muuttamatta amplitudia. Vaadittu jännitteen muutosnopeus on nyt 0.628319 V/µs ja ylittää annetun muutosnopeuden, kun taas kaistanleveysmalli antaa tuloksen −3.0103 dB. Muutosnopeuden rajoittama taajuus tällä amplitudilla on noin 79.5775 kHz. Nämä ovat erillisiä rajoitteita; lähtöamplitudin pienentäminen parantaa muutosnopeusrajaa muuttamatta kaistanleveyttä.
Kysymykset ja ongelmanratkaisu
Miksi invertoiva vahvistus 10 näyttää pienemmän kaistanleveyden?
Sen kohinavahvistus on 11, joten sama 1 MHz:n GBW antaa kaistanleveydeksi noin 90.9091 kHz. Signaalivahvistuksen miinusmerkki tarkoittaa kääntämistä; se ei tee kohinavahvistuksesta negatiivista. Anna kenttään vahvistuksen itseisarvo.
Tarkistaako enimmäisamplitudin tulos käyttöjänniterajoista johtuvan leikkautumisen?
Se tarkistaa vain annetun jännitteen muutosnopeuden annetulla taajuudella valitun amplitudin esitystavan mukaisesti. Lähdön jännitealue, kuormavirta ja tulon yhteismuotoisen jännitteen rajat eivät sisälly malliin. Muutosnopeusvaatimuksen täyttävä amplitudi voi silti olla mahdoton todelliselle vahvistimelle.
Miksi tila voi sanoa rajojen sisällä, vaikka vahvistus on pienentynyt?
Tila muuttuu vasta, kun taajuus ylittää kaistanleveyden tai vaadittu jännitteen muutosnopeus ylittää annetun muutosnopeuden. Vahvistus pienenee jatkuvasti jo ennen tätä pistettä. Täsmälleen mallinnetulla kaistanleveydellä pieneneminen on jo noin −3 dB; arvioi hyväksyttävä tasaisuus ja käyttövara sovelluksesi vaatimusten perusteella.