Электротехника и электроника

Калькулятор полосы и скорости нарастания операционного усилителя

Оцените полосу, требуемую скорость нарастания синусоиды и пределы амплитуды или частоты.

Ваши данные

Схема усилителя

Модуль усиления сигнала · V/V

Произведение усиления и полосы · MHz

Скорость нарастания · V/µs

Частота · kHz

Желаемая выходная амплитуда · V

Определение амплитуды

Для синусоиды: Vpp = 2 × Vpk; Vrms = Vpk / √2. Введите желаемую выходную амплитуду.

Однополюсное приближение с обратной связью по напряжению; BW — точка −3 dB. Предел скорости — теоретическое начало ограничения. Проверьте устойчивость, размах выхода и нагрузку в документации.

Ваши результаты

Оценочная полоса малого сигнала: —

Шумовое усиление: —

Требуемая скорость нарастания: —

Частота синусоиды, ограниченная скоростью: —

Максимальная амплитуда, ограниченная скоростью: —

Оценочное снижение усиления: —

Кривая отклика

Кривая показывает модель полосы. Пунктирная линия fSR отмечает предел скорости для введённой амплитуды; это не моделирование искажений.

ФормулаBW ≈ GBW / NG

Проверьте полосу пропускания ОУ и требования к скорости нарастания синусоиды

Сравните моделируемую полосу пропускания усилителя для малого сигнала со скоростью нарастания, необходимой для желаемой выходной синусоиды. Оценка полосы использует однополюсное приближение усилителя с обратной связью по напряжению и коэффициент усиления шума схемы. Расчёт скорости нарастания независимо использует выходную амплитуду и частоту. Инструмент не моделирует искажения, не проверяет устойчивость, входной диапазон, размах выходного напряжения, напряжение питания или нагрузку конкретного прибора.

Пошаговая инструкция

Выберите инвертирующий или неинвертирующий режим и введите модуль коэффициента усиления сигнала. Для инвертирующего усиления вводите положительный модуль; неинвертирующее усиление должно быть не меньше 1. Укажите произведение усиления на полосу в MHz и скорость нарастания в V/µs для соответствующих условий работы прибора.
Введите частоту в kHz и желаемую выходную амплитуду. Выберите Vpk, Vpp или Vrms для описания этой амплитуды. Амплитуда относится к выходному сигналу, поэтому вводить амплитуду входного сигнала следует только при единичном усилении сигнала в вашей схеме.
Рассматривайте вместе полосу пропускания, требуемую скорость нарастания, частоту, ограниченную скоростью нарастания, и снижение усиления. Статус указывает, какой порог модели превышен. По кривой сравните частоту с полосой пропускания, затем отдельно проверьте требования реального прибора к устойчивости, размаху и нагрузке.

Настройки и ограничения

Усиление сигнала и усиление шума: В неинвертирующей схеме усиление шума равно усилению сигнала. В инвертирующей схеме усиление шума равно 1 + модуль усиления сигнала. Расчётная полоса пропускания равна GBW, делённому на усиление шума, поэтому одинаковые модули усиления сигнала не дают одинаковых полос пропускания в этих двух схемах.
Способ задания амплитуды: Для синусоиды Vpp = 2 × Vpk и Vrms = Vpk / √2. Требуемая скорость нарастания равна 2πf × Vpk. Смена способа задания меняет трактовку введённого числа; изменяйте и само число, если хотите описать ту же физическую форму сигнала.
Пределы модели и частотная характеристика: Полоса пропускания соответствует приблизительной точке −3 dB и не гарантирует постоянного усиления ниже неё. Кривая отклика показывает снижение усиления, связанное с полосой пропускания. Пунктирный маркер скорости нарастания обозначает теоретический порог для введённой амплитуды; он не добавляет искажений от ограничения скорости нарастания к этой кривой и не подтверждает работу без искажений.

Разбор примера

Выберите неинвертирующее усиление 10, GBW = 1 MHz, скорость нарастания 0.5 V/µs и выходную амплитуду 1 Vpk. На частоте 10 kHz полоса пропускания равна 100 kHz, требуемая скорость нарастания — 0.0628319 V/µs, а моделируемое снижение усиления — −0.0432137 dB.

Ожидаемый результат
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

Увеличьте частоту до 100 kHz, не меняя амплитуду. Требуемая скорость нарастания станет 0.628319 V/µs и превысит введённую скорость, а модель полосы пропускания даст −3.0103 dB. Частота, ограниченная скоростью нарастания, для этой амплитуды составляет примерно 79.5775 kHz. Это отдельные ограничения; уменьшение выходной амплитуды улучшает предел по скорости нарастания, не меняя полосу пропускания.

Вопросы и устранение неполадок

Почему при инвертирующем усилении 10 полоса пропускания меньше?

Его усиление шума равно 11, поэтому то же GBW в 1 MHz даёт полосу пропускания примерно 90.9091 kHz. Минус в коэффициенте усиления сигнала означает инверсию; он не делает усиление шума отрицательным. Вводите в поле модуль коэффициента усиления.

Проверяет ли результат максимальной амплитуды ограничение сигнала шинами питания?

Он проверяет только введённую скорость нарастания на введённой частоте, выраженную в выбранном способе задания амплитуды. Размах выходного напряжения, ток нагрузки и пределы входного синфазного напряжения находятся вне этой модели. Амплитуда, допустимая по скорости нарастания, всё равно может быть недостижимой для реального усилителя.

Почему статус может показывать допустимый режим, хотя усиление уже снизилось?

Статус меняется только после превышения частотой полосы пропускания или требуемой скоростью нарастания введённого значения. До этой точки усиление непрерывно снижается. Точно на расчётной границе полосы снижение уже составляет примерно −3 dB; определяйте допустимую неравномерность и рабочий запас по требованиям вашего применения.