Перейти к содержанию

Скорость нарастания

Скорость нарастания — наибольшая скорость, с которой может меняться выходное напряжение операционного усилителя. Она ограничивает частоту и амплитуду сигнала, которые усилитель передаст без искажений.

Обновлено Редакция GAW

Скорость нарастания (slew rate, SR) — наибольшая скорость изменения выходного напряжения операционного усилителя, в вольтах на микросекунду. Она определяется тем, каким током внутренние каскады ОУ могут перезарядить конденсатор частотной коррекции. Если входной сигнал требует более быстрого изменения выхода, выход меняется с постоянной предельной скоростью, и форма сигнала искажается: синус становится похож на треугольник, фронты прямоугольного сигнала затягиваются.

Полоса полной мощности

Синус Um sin(2πft) меняется быстрее всего при переходе через ноль — со скоростью 2πf·Um. Отсюда наибольшая частота неискажённого синуса заданной амплитуды:

fmax=SR2πUmf_\text{max} = \frac{SR}{2\pi U_m}

Эту частоту называют полосой полной мощности (full-power bandwidth). Она зависит от амплитуды: чем больше размах выхода, тем ниже предельная частота. Время, за которое выход проходит перепад ΔU, не меньше ΔU / SR.

Типичные значения

ОУSRСинус 10 В без искажений доДокумент
LM3580,3 В/мкс≈ 4,8 кГцTI SLOS068AB
MCP60010,6 В/мкс≈ 9,5 кГцMicrochip DS20001733L
TL07220 В/мкс≈ 318 кГцTI SLOS080W

Для MCP6001 амплитуда 10 В недостижима — его питание не больше 6 В, — значение в таблице лишь для сравнения. Частотный предел для малого сигнала задаёт произведение усиления на полосу. Оба параметра разобраны в статье «Операционный усилитель», а усиление и полосу каскада считает калькулятор ОУ. Если на выходе ОУ стоит RC-цепь, перепад на ней дополнительно растягивается по закону, который задаёт постоянная времени.

Частые вопросы

Как скорость нарастания ограничивает частоту синуса?

Синус амплитудой Um быстрее всего меняется при переходе через ноль — со скоростью 2πf·Um. Пока она меньше скорости нарастания, искажений нет. Отсюда предельная частота f = SR / (2π·Um). Для LM358 с 0,3 В/мкс при амплитуде 10 В это около 4,8 кГц: выше синус превращается в треугольник.

Чем скорость нарастания отличается от GBW?

GBW описывает малый сигнал: до какой частоты каскад сохраняет усиление. Скорость нарастания — большой сигнал: как быстро выход способен пройти нужный размах. Каскад может укладываться в полосу по GBW и при этом искажать синус большой амплитуды из-за скорости нарастания, поэтому проверяют оба параметра.

Подходит ли LM358 для звука?

Плохо. При скорости нарастания 0,3 В/мкс на частоте 20 кГц он без искажений отдаёт синус амплитудой лишь до 2,4 В. ОУ с полевыми транзисторами на входе вроде TL072 с 20 В/мкс при амплитуде 10 В держат синус до 318 кГц, поэтому в звуковых трактах ставят TL072 и NE5532.

Источники

  1. Microchip. MCP6001/1R/1U/2/4: 1 MHz, Low-Power Op Amp (DS20001733L) — таблица характеристик по переменному току: SR 0,6 В/мкс тип.
  2. Texas Instruments. LM358, LM358A, LM358B, LM358BA, LM2904x: Industry-Standard Dual Operational Amplifiers (SLOS068AB) — SR 0,3 В/мкс
  3. Texas Instruments. TL07xx Low-Noise, FET-Input Operational Amplifiers (SLOS080W) — SR 20 В/мкс

Нашли ошибку?

Смотрите также