O Trade-off Ganho-Largura de Banda
Para um amp-op de realimentação de tensão, o Produto Ganho-Largura de Banda (GBW ou GBP) é essencialmente constante:
GBW = |AOL(f)| × f = |ACL| × f-3dB
Onde AOL = ganho de malha aberta, ACL = ganho de malha fechada, f-3dB = largura de banda de malha fechada.
Por Que São Inversamente Proporcionais
- Compensação Interna: A maioria dos amp-ops tem polo dominante (capacitor Miller) fazendo roll-off do ganho de malha aberta a -20dB/década a partir de ~10Hz. Isso garante estabilidade em ganho unitário.
- Realimentação Reduz Ganho, Estende Largura de Banda: Realimentação negativa reduz ganho pelo fator (1 + AOLβ) mas aumenta largura de banda pelo mesmo fator. O produto permanece constante.
- Limite Físico: O capacitor de compensação interno define a taxa de subida (slew rate) e GBW. Não se obtém mais largura de banda sem sacrificar ganho (ou trocar o amp-op).
Exemplo Prático
Amp-op com GBW = 10 MHz.
| Ganho Malha Fechada (ACL) | Largura de Banda (f-3dB) | Aplicação |
|---|
| 1 (Buffer) | 10 MHz | Vídeo, driver ADC |
| 10 (20 dB) | 1 MHz | Pré-amplificador áudio, ganho sensor |
| 100 (40 dB) | 100 kHz | Extensômetro, termopar |
| 1000 (60 dB) | 10 kHz | Medição DC de precisão |
Nuances Críticas
- Limite de Taxa de Subida (Largura de Banda Grande Sinal): fmax = SR / (2πVpico). Amp-op 10MHz GBW com 1V/µs SR só faz 160kHz a 1V pico, independente de GBW. Largura de banda plena potência ≠ GBW pequeno sinal.
- GBW Não-Ideal: GBW varia ±20% com temperatura, tensão de alimentação, processo. Projete com margem.
- Amp-ops Realimentação de Corrente (CFA): Quebram a regra. Largura de banda definida por resistor de realimentação RF, largamente independente de ganho. Alto ganho + alta BW possível.
- Amp-ops Descompensados / Não Compensados: GBW maior para dada corrente, mas estáveis apenas em ganhos >5, >10, etc. Troca estabilidade por velocidade.
Regra Prática de Projeto
Selecione amp-op com GBW ≥ 10 × (Ganho Requerido × Largura de Banda Requerida) para garantir precisão de ganho, margem de fase e tempo de acomodação na frequência do seu sinal.
Resumo: Amp-ops realimentação de tensão obedecem GBW = constante. Quer mais largura de banda? Baixe o ganho. Precisa alto ganho? Aceite banda estreita. Verifique slew rate para sinais grandes. Use CFA para alto ganho e alta largura de banda simultâneos.
