【模擬電路設(shè)計(jì)】了解運(yùn)算放大器回轉(zhuǎn)率

轉(zhuǎn)換速率是大多數(shù)電子電路的關(guān)鍵。轉(zhuǎn)換速率決定了電路適應(yīng)快速輸出上升并減少失真。

今天我們主要從以下幾個(gè)方面介紹轉(zhuǎn)換率：

① 轉(zhuǎn)換速率是多少

② 是什么導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率

③ 回轉(zhuǎn)速率與帶寬(帶寬）

④ 回轉(zhuǎn)速率與頻率響應(yīng)(頻率響應(yīng)）

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轉(zhuǎn)換速率是多少

Slew rate是運(yùn)算放大器輸出電路可以產(chǎn)生的電壓變化的最大速率。它被測(cè)量為相對(duì)于時(shí)間的電壓，數(shù)據(jù)表中使用的典型單位是V/μs。因此，它表明了其輸出電壓（Vo）變化的速度。

在處理交流信號(hào)或作為比較器時(shí)，您需要注意此參數(shù)。轉(zhuǎn)換速率越大，對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器帶寬就越高。

轉(zhuǎn)換速率有助于防止運(yùn)算放大器的輸出失真(失真） 太多

因此，轉(zhuǎn)換速率必須高，以確保最高的無(wú)失真o/p電壓擺動(dòng)。

Slew Rate的原因是什么

一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換速率主要是由于運(yùn)算放大器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的兩個(gè)特性(動(dòng)態(tài)響應(yīng)）.

① 運(yùn)算放大器的輸出不能對(duì)輸入的變化做出即時(shí)響應(yīng)。因此，從輸入變化到輸出變化，我們有一個(gè)不可避免的延遲。

② 當(dāng)運(yùn)算放大器以負(fù)反饋配置連接時(shí)，在某些情況下，這種延遲將導(dǎo)致施加到反相輸入端子的電壓和施加到非反相輸入端子上的電壓之間的大差。這種大的差分電壓以輸出電壓線(xiàn)性增加（或減少）的方式改變了差分對(duì)輸入級(jí)的行為，即VOUT（t）=SR×t。轉(zhuǎn)換速率（SR）受到補(bǔ)償電容量的強(qiáng)烈影響。

轉(zhuǎn)換速率公式為SR=ΔVout/Δt。轉(zhuǎn)換速率單位為V/μs或伏特每秒。見(jiàn)圖1。

圖1 SR計(jì)算

SR是輸出電壓幅度相對(duì)于時(shí)間從10%到90%的最大變化。SR屬于大信號(hào)現(xiàn)象，運(yùn)放的限流和本征級(jí)飽和在很大程度上導(dǎo)致了SR的產(chǎn)生。

決定轉(zhuǎn)換速率的因素有：頻率補(bǔ)償、高增益輸入級(jí)和輸出驅(qū)動(dòng)器限制。

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回轉(zhuǎn)速率與帶寬

兩個(gè)重要的概念與運(yùn)算放大器的速度有關(guān)，如轉(zhuǎn)換速率和帶寬。兩者共同決定階躍響應(yīng)的總時(shí)間。

回轉(zhuǎn)速率可以限制通過(guò)運(yùn)算放大器的任何信號(hào)變化?；剞D(zhuǎn)是一種非線(xiàn)性效應(yīng)。如果正弦輸入信號(hào)乘以運(yùn)算放大器的增益導(dǎo)致斜率高于運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率，則輸出波形的一部分將是正弦曲線(xiàn)的直線(xiàn)而不是彎曲部分。

因此，回轉(zhuǎn)可以改變信號(hào)的形狀，因此是失真的來(lái)源，而不僅僅是振幅或相位的改變。因此，回轉(zhuǎn)可能會(huì)改變或扭曲信號(hào)形狀。

帶寬是對(duì)信號(hào)中的微小變化做出反應(yīng)的最高速率。在直流偏壓下，運(yùn)算放大器可以通過(guò)使用靜態(tài)功率來(lái)設(shè)計(jì)，以便它接受小信號(hào)或相當(dāng)小的振幅信號(hào)。當(dāng)這些信號(hào)通過(guò)傅立葉變換分解時(shí)，它會(huì)給你添加從小頻率到大頻率的極其不同的頻率。

當(dāng)帶寬更高時(shí)，運(yùn)算放大器能夠增加更高頻率的信號(hào)，因此它們具有高速度。信號(hào)增益為1/√2（0.707）的頻率，則它是運(yùn)算放大器的完美帶寬值。因此，這是運(yùn)算放大器可以通過(guò)預(yù)期行為發(fā)揮作用的最高頻率。

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回轉(zhuǎn)速率與頻率響應(yīng)

當(dāng)我們處理正弦信號(hào)時(shí)，運(yùn)算放大器在高頻下會(huì)失去增益，而當(dāng)我們處理瞬態(tài)事件時(shí)，相同的基本機(jī)制限制了輸出信號(hào)的最大變化率。然而，重要的是要認(rèn)識(shí)到頻率響應(yīng)和轉(zhuǎn)換速率是不同的現(xiàn)象，并且這兩種現(xiàn)象的影響是根本不同的。

回轉(zhuǎn)速率是放大器對(duì)輸出中的變化做出反應(yīng)的速率。在不同頻率、相同振幅的不同波形中，我們可以注意到每個(gè)正弦波的振幅都是相同的；具有最大頻率的信號(hào)在每單位時(shí)間內(nèi)具有最大電壓變化。

因此，當(dāng)頻率增加時(shí)，轉(zhuǎn)換速率具有逐漸的效果，直到在轉(zhuǎn)換速率不能與波形的頻率繼續(xù)的地方達(dá)到閾值。

因此，在那之后，高頻響應(yīng)可能會(huì)受到轉(zhuǎn)換速率的影響，導(dǎo)致信號(hào)在固定點(diǎn)上嚴(yán)重失真和退化。

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總結(jié)

壓擺率對(duì)于大信號(hào)處理是一個(gè)很重要的指標(biāo)，對(duì)于要求較高的運(yùn)放一般SR＞10V/μs。通過(guò)圖1我們可以認(rèn)為其實(shí)壓擺率就是一個(gè)爬升過(guò)程，壓擺率越大爬升越快，越小爬升越慢，意味著在信號(hào)到來(lái)時(shí)，不能準(zhǔn)確的跟上，當(dāng)跟上時(shí)，信號(hào)已經(jīng)消失流走了，使得只能跟上一半或者更低，這樣就容易失真?；蛘哒f(shuō)壓擺率就是個(gè)斜率，斜率越陡壓擺率越大。

我們來(lái)看圖2所示，輸入一個(gè)方波信號(hào)，輸出理論應(yīng)該像右邊上面方波一樣的圖形，但實(shí)際會(huì)像下面梯形這個(gè)圖像，就是因?yàn)閷?shí)際使用中該爬升過(guò)程受壓擺率影響，因此可以看見(jiàn)這個(gè)爬升過(guò)程需要時(shí)間，壓擺率越大，爬升的時(shí)間就越小，就說(shuō)明很快就能登頂，那么這個(gè)斜率就越大，越接近理想中想要的波形。

圖2 壓擺率對(duì)輸出的影響示意圖

因此，壓擺率太小響應(yīng)速度會(huì)慢，導(dǎo)致輸出跟不上輸入的變化節(jié)奏，就會(huì)出現(xiàn)失真情況，所以選擇運(yùn)放時(shí)，一定要關(guān)注SR的參數(shù)。