Produit gain-bande passante AOP : La relation inverse expliquée
Le compromis gain-bande passante
Pour un AOP à rétroaction tension, le Produit Gain-Bande Passante (GBP ou GBW) est essentiellement constant :
GBP = |AOL(f)| × f = |ACL| × f-3dB
Où AOL = gain boucle ouverte, ACL = gain boucle fermée, f-3dB = bande passante boucle fermée.
Pourquoi ils sont inversement proportionnels
- Compensation interne : La plupart AOP ont pôle dominant (condensateur Miller) faisant rouler gain boucle ouverte à -20dB/décade dès ~10Hz. Cela assure stabilité gain unitaire.
- Rétroaction réduit gain, étend bande passante : Rétroaction négative réduit gain par facteur (1 + AOLβ) mais augmente bande passante même facteur. Le produit reste constant.
- Limite physique : Condensateur compensation interne fixe taux montée (slew rate) et GBP. Impossible obtenir plus bande passante sans sacrifier gain (ou changer AOP).
Exemple pratique
AOP avec GBP = 10 MHz.
| Gain boucle fermée (ACL) | Bande passante (f-3dB) | Application |
|---|---|---|
| 1 (Buffer) | 10 MHz | Vidéo, driver CAN |
| 10 (20 dB) | 1 MHz | Préampli audio, gain capteur |
| 100 (40 dB) | 100 kHz | Jauge contrainte, thermocouple |
| 1000 (60 dB) | 10 kHz | Mesure DC précision |
Nuances critiques
- Limite Taux montée (Grande signal BW) : fmax = SR / (2πVcrête). AOP 10MHz GBP avec 1V/µs SR ne fait que 160kHz à 1V crête, indépendamment GBP. Bande passante grande signal ≠ GBP petit signal.
- GBP non-idéal : GBP varie ±20% avec température, tension alimentation, process. Concevez avec marge.
- AOP rétroaction courant (CFA) : Brise la règle. Bande passante fixée par résistance rétroaction RF, largement indépendante gain. Gain élevé + haute BW possible.
- AOP décompensés / non compensés : GBP plus haut pour courant donné, mais stables seulement gains >5, >10, etc. Échange stabilité pour vitesse.
Règle pratique conception
Sélectionnez AOP avec GBP ≥ 10 × (Gain requis × Bande passante requise) pour assurer précision gain, marge phase, et temps établissement à votre fréquence signal.
Résumé : AOP rétroaction tension obéissent GBP = constante. Voulez plus bande passante ? Baissez gain. Besoin gain élevé ? Acceptez bande étroite. Vérifiez taux montée grands signaux. Utilisez CFA pour gain élevé ET haute bande passante simultanés.