電気・電子

オペアンプ帯域幅・スルーレート計算機

帯域幅、正弦波に必要なスルーレート、振幅や周波数の限界を推定します。

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入力値

正弦波では Vpp = 2 × Vpk、Vrms = Vpk / √2 です。希望する出力振幅を入力してください。

単一極の電圧帰還近似です。BWは−3 dB点、スルー限界は理論上の開始点です。データシートの安定性、出力振幅範囲、負荷を確認してください。

02

計算結果

推定小信号帯域幅
—
ノイズゲイン
—
必要スルーレート
—
スルーレートで制限される正弦周波数
—
スルーレートで制限される最大振幅
—
推定利得低下
—

応答曲線

曲線は帯域幅モデルです。破線fSRは入力振幅のスルー限界を示し、ひずみのシミュレーションではありません。

計算式BW ≈ GBW / NG

オペアンプの帯域幅と正弦波のスルーレート要件を確認する

アンプモデルの小信号帯域幅と、必要な出力正弦波に求められるスルーレートを比較します。帯域幅の推定には、単一極の電圧帰還近似と回路のノイズゲインを使います。スルーレートの計算には、出力振幅と周波数を独立に使います。歪みのシミュレーション、安定性の検証、特定デバイスの入力範囲、出力振幅範囲、電源電圧、負荷の確認は行いません。

使い方

  1. 反転または非反転動作を選び、信号利得の大きさを入力します。反転利得には正の大きさを入力します。非反転利得は少なくとも 1 が必要です。該当するデバイス条件での利得帯域幅積を MHz、スルーレートを V/µs で入力します。
  2. 周波数を kHz で入力し、必要な出力振幅を入力します。振幅の表し方として Vpk、Vpp、Vrms を選びます。これは出力信号の振幅なので、回路の信号利得が単位利得である場合を除き、入力振幅を入力しないでください。
  3. 帯域幅、必要スルーレート、スルーレートによる周波数上限、利得低下を併せて読み取ります。状態表示はモデルのどのしきい値を超えたかを示します。曲線で周波数と帯域幅を比較した後、実デバイスの安定性、出力振幅範囲、負荷要件を別途確認してください。

設定と制限

信号利得とノイズゲイン
非反転回路ではノイズゲインが信号利得に等しくなります。反転回路ではノイズゲインは 1 + 信号利得の大きさです。推定帯域幅は GBW をノイズゲインで割った値なので、両構成の信号利得の大きさが同じでも帯域幅は同じになりません。
振幅の表し方
正弦波では Vpp = 2 × Vpk、Vrms = Vpk / √2 です。必要スルーレートは 2πf × Vpk です。表し方を変更すると、入力済みの数値が別の意味で解釈されます。同じ実際の波形を表したい場合は、数値も変更してください。
モデルの限界と応答
帯域幅はおおよその −3 dB 点であり、それより低い周波数で平坦な利得を保証するものではありません。応答曲線は帯域幅による利得低下を示します。破線のスルーレートマーカーは、入力振幅に対する理論上のしきい値を示します。曲線にスルー歪みを加えたり、無歪み動作を保証したりはしません。

操作例

非反転利得 10、GBW = 1 MHz、スルーレート 0.5 V/µs、出力振幅 1 Vpk を選びます。10 kHz では帯域幅は 100 kHz、必要スルーレートは 0.0628319 V/µs、モデルの利得低下は −0.0432137 dB です。

想定される結果
fSRreqΔGVpk,max
10 kHz0.0628319 V/µs−0.0432137 dB7.95775 Vpk
100 kHz0.628319 V/µs−3.0103 dB0.795775 Vpk

振幅を変えずに周波数を 100 kHz に上げます。必要スルーレートは 0.628319 V/µs となり、入力したスルーレートを超えます。一方、帯域幅モデルの値は −3.0103 dB です。この振幅でのスルーレートによる周波数上限は約 79.5775 kHz です。これらは別々の制約で、出力振幅を下げると帯域幅を変えずにスルーレートの制約を緩和できます。

よくある質問とトラブル対処

反転利得 10 で帯域幅が低く表示されるのはなぜですか?

ノイズゲインが 11 なので、同じ 1 MHz の GBW でも帯域幅は約 90.9091 kHz になります。信号利得の負号は反転を表すもので、ノイズゲインを負にするものではありません。欄には利得の大きさを入力してください。

最大振幅の結果は電源レールでのクリッピングを確認しますか?

確認するのは、入力した周波数における入力したスルーレートの制約だけで、選択した振幅の表し方で表示します。出力振幅範囲、負荷電流、入力同相範囲はモデルの対象外です。スルーレート条件を満たす振幅でも、実際のアンプでは実現できない場合があります。

利得が低下しているのに制限内と表示されるのはなぜですか?

状態表示は、周波数が帯域幅を超えるか、必要スルーレートが入力値を超えて初めて変わります。利得はその前から連続的に減衰します。モデルの帯域幅とちょうど同じ周波数では、すでに約 −3 dB 低下しています。用途の要件に基づき、許容する平坦度と動作余裕を判断してください。