Eletricidade e eletrónica

Calculadora de largura de banda e taxa de variação de amplificadores operacionais

Estime a largura de banda, a taxa de variação necessária para uma senoide e os limites de amplitude ou frequência.

Os seus valores

Os seus resultados

Largura de banda estimada de pequeno sinal: —

Ganho de ruído: —

Taxa de variação necessária: —

Frequência senoidal limitada pela taxa de variação: —

Amplitude máxima limitada pela taxa de variação: —

Redução estimada do ganho: —

Curva de resposta

A curva mostra o modelo de largura de banda. A linha tracejada fSR marca o limite de variação para a amplitude introduzida; não simula distorção.

FórmulaBW ≈ GBW / NG

Verificar a largura de banda do amplificador operacional e a taxa de variação exigida para uma senoide

Compare a largura de banda modelada de pequenos sinais de um amplificador com a taxa de variação exigida para uma senoide de saída desejada. A estimativa de largura de banda usa uma aproximação de polo único com realimentação de tensão e o ganho de ruído do circuito. Os cálculos da taxa de variação usam a amplitude e a frequência de saída de forma independente. A ferramenta não simula distorção, não verifica estabilidade nem confere a faixa de entrada, a excursão de saída, a tensão de alimentação ou a carga de um dispositivo específico.

Passo a passo

Escolha a operação inversora ou não inversora e insira o módulo do ganho de sinal. Insira um módulo positivo para um ganho inversor; o ganho não inversor deve ser pelo menos 1. Informe o produto ganho-largura de banda em MHz e a taxa de variação em V/µs correspondentes às condições relevantes do dispositivo.
Insira a frequência em kHz e a amplitude de saída desejada. Escolha Vpk, Vpp ou Vrms para descrever essa amplitude. A amplitude pertence ao sinal de saída, portanto não insira a amplitude de entrada, a menos que seu circuito tenha ganho de sinal unitário.
Leia em conjunto a largura de banda, a taxa de variação exigida, a frequência limitada por essa taxa e a redução de ganho. O estado identifica qual limiar modelado foi ultrapassado. Use a curva para comparar a frequência com a largura de banda e depois verifique separadamente os requisitos de estabilidade, excursão e carga do dispositivo real.

Definições e limites

Ganho de sinal e ganho de ruído: Para um circuito não inversor, o ganho de ruído é igual ao ganho de sinal. Para um circuito inversor, o ganho de ruído é 1 + o módulo do ganho de sinal. A largura de banda estimada é GBW dividido pelo ganho de ruído, portanto módulos iguais de ganho de sinal não produzem larguras de banda idênticas nessas duas topologias.
Convenção de amplitude: Para uma senoide, Vpp = 2 × Vpk e Vrms = Vpk / √2. A taxa de variação exigida é 2πf × Vpk. Mudar a convenção reinterpreta o número inserido; atualize também o número quando quiser descrever a mesma forma de onda física.
Limites e resposta modelados: A largura de banda é o ponto aproximado de −3 dB, e não uma garantia de ganho constante abaixo dele. A curva de resposta mostra a redução de ganho relacionada à largura de banda. O marcador tracejado de taxa de variação descreve o limiar teórico da amplitude inserida; ele não acrescenta à curva a distorção causada por essa taxa nem certifica uma operação sem distorção.

Exemplo resolvido

Escolha ganho não inversor de 10, GBW = 1 MHz, taxa de variação de 0.5 V/µs e amplitude de saída de 1 Vpk. Em 10 kHz, a largura de banda é 100 kHz, a taxa de variação exigida é 0.0628319 V/µs e a redução de ganho modelada é −0.0432137 dB.

Resultado esperado
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

Aumente a frequência para 100 kHz sem alterar a amplitude. A taxa de variação exigida passa a 0.628319 V/µs, ultrapassando a taxa inserida, enquanto o modelo de largura de banda resulta em −3.0103 dB. A frequência limitada pela taxa de variação para essa amplitude é aproximadamente 79.5775 kHz. São restrições independentes; reduzir a amplitude de saída melhora o limite da taxa de variação sem alterar a largura de banda.

Perguntas e resolução de problemas

Por que um ganho inversor de 10 mostra uma largura de banda menor?

Seu ganho de ruído é 11, portanto o mesmo GBW de 1 MHz resulta em uma largura de banda de aproximadamente 90.9091 kHz. O sinal negativo do ganho de sinal representa a inversão; ele não torna o ganho de ruído negativo. Insira o módulo do ganho no campo.

O resultado de amplitude máxima verifica o recorte nos limites da alimentação?

Ele verifica apenas a taxa de variação inserida na frequência inserida, expressa na convenção de amplitude selecionada. A excursão de saída, a corrente de carga e os limites de modo comum de entrada estão fora deste modelo. Uma amplitude compatível com a taxa de variação ainda pode ser impossível para o amplificador real.

Por que o estado pode indicar que os limites foram respeitados quando o ganho já caiu?

O estado muda apenas depois que a frequência ultrapassa a largura de banda ou a taxa de variação exigida ultrapassa a taxa inserida. O ganho diminui continuamente antes desse ponto. Exatamente na largura de banda modelada, a redução já é aproximadamente −3 dB; avalie a constância aceitável do ganho e a margem de operação conforme os requisitos de sua aplicação.