Ist es gut, eine höhere Anstiegsrate zu haben? Was sind einige der Effekte aufgrund von Einschränkungen der Anstiegsgeschwindigkeit?

Grenzwerte für die Anstiegsgeschwindigkeit verursachen Verzerrungen bei hoher Ausgangsfrequenz und -amplitude. Wenn die Verstärkungsrate Ihres Verstärkers begrenzt ist, führt das Einfügen einer periodischen Wellenform (Sinus, Quadrat usw.) zu etwas, das ein bisschen wie eine Sägezahnwelle aussieht. Dies kann zu Frequenzoberwellen führen, die im ursprünglichen Signal nicht vorhanden sind, insbesondere wenn das Quellensignal eine reine Sinuswelle ist. Im Allgemeinen müssen Sie eine ausreichend hohe Anstiegsgeschwindigkeit für die höchste Frequenz und Ausgangsspannung haben, die Ihre Schaltung unterstützen muss.

Die Anstiegsgeschwindigkeit ist ein weiterer Begriff für Steigung. Die maximale Steigung einer Sinuswelle ist gleich ihrer Amplitude multipliziert mit ihrer Winkelfrequenz (Ableitung von \ $ A \ sin (2 \ pi ft) \ $ am Nulldurchgang bei \ $ t = 0 \ $ ist \ $ 2 \ pi f A. \ $). Ein 1-MHz-Signal mit einer Amplitude von 1 V (2 V Spitze zu Spitze) hat also eine maximale Steigung von \ $ 2 \ pi \ mal 1 \ text {V} \ mal 1 \ text {MHz} = 6,28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $. Wenn Ihr Verstärker eine Anstiegsrate von weniger als \ $ 6.28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $ hat, erhalten Sie eine Dreieckswelle, wenn Sie versuchen, eine 1 MHz 1 V Sinuswelle auszugeben. Beachten Sie, dass die Anstiegsgeschwindigkeit mit der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers und nicht mit der Verstärkung zusammenhängt. Davon abgesehen wirkt es sich normalerweise stärker auf Schaltungen mit hoher Verstärkung aus, da die Signale tendenziell größer sind.

Bei Operationsverstärkern sind Anstiegsgeschwindigkeit und Bandbreite in der Regel miteinander verbunden. Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker weisen in der Regel hohe Anstiegsraten auf, da sie sonst nicht sehr nützlich wären. Schnelle Anstiegsraten ermöglichen es einem Operationsverstärker Überschwingen oder Klingeln bei einem größeren Ausgangshub als ein Operationsverstärker mit äquivalenter Bandbreite, aber langsamerer Anstiegsrate. Langsamere Anstiegsraten können in vielen Fällen dazu beitragen, Überschwingen und Klingeln zu begrenzen. Eine andere zu berücksichtigende Sache ist die Stromversorgung – der Ausgangsstrom muss von kommen Irgendwo. Operationsverstärker mit sehr hoher Anstiegsgeschwindigkeit erfordern eine Stromversorgung mit sehr niedriger Impedanz. Dies kann erfordern, dass mehrere Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten sehr nahe am Operationsverstärker platziert werden – im Allgemeinen eine Kombination aus großer Bulk-Kapazität und kleinen Hochfrequenz-Bypass-Kappen.

Einschränkungen der Anstiegsgeschwindigkeit können hilfreich sein, um den Oberwellengehalt digitaler Signale zu verringern. Einige Geräte neigen dazu, sehr schnelle Flanken (z. B. FPGAs) zu erzeugen, die zwar für die Kommunikation mit hoher Bandbreite erforderlich sind, jedoch Probleme bei der Kommunikation mit niedrigerer Geschwindigkeit verursachen können s. Schnelle Kanten können an benachbarte Spuren gekoppelt werden und Übersprechen und Intersymbolinterferenz verursachen. Durch Begrenzen der Anstiegsgeschwindigkeit kann dies gemindert werden. Das Übertragen von seriellen Daten über eine begrenzte Bandbreite (z. B. für eine HF-Verbindung) nutzt auch die Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit, um die Bandbreite des Signals einzuschränken.

Kommentare

• Ja, eine begrenzte Anstiegsgeschwindigkeit führt zu Verzerrungen bei hohen Amplituden und Frequenzen, aber ich denke, dass dies eher durch Tiefpassfilterung als durch Harmonische gekennzeichnet ist Generation, die noch höhere Drehzahlen benötigen würde, um signifikant zu werden. Die Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzung wird verwendet, um Oberschwingungen in Kommunikationsleitungen zu verhindern.
• Nun, es hängt davon ab, über welches Signal Sie ‚ sprechen. Eine perfekte Sinuswelle hat keine Harmonischen, aber eine Sinuswelle, die über einen Verstärker mit begrenzter Anstiegsgeschwindigkeit gesendet wird, erhält aufgrund der Verzerrung einige Harmonische. In Kommunikationssystemen ist die Startwelle eine Rechteckwelle, die aufgrund der Neigung der Kanten Harmonische bis zu unglaublich hohen Frequenzen aufweisen kann. Durch die Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit sieht es eher wie eine Sinuswelle aus und schwächt daher einige dieser Harmonischen ab.

Es gibt mehrere Probleme, die möglicherweise auf eine „zu hohe“ Anstiegsgeschwindigkeit zurückzuführen sind:

• Die Anstiegsrate korreliert lose mit der Bandbreite des Operationsverstärkers, sodass ein Operationsverstärker mit einer viel höheren verwendet wird Eine Anstiegsgeschwindigkeit, die tatsächlich erforderlich ist, bedeutet, dass Sie Ihre Schaltung für Dinge empfindlich machen, für die sie nicht empfindlich sein muss.

• Ein Operationsverstärker mit einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit ist anfälliger für Klingeln . Möglicherweise müssen Sie die Schaltung kompensieren , um dies zu beheben.

• Wirklich schnelle Operationsverstärker tun dies oft nicht

  Einige Datenblätter für Operationsverstärker werden sofort angezeigt. Dies ist das Beispiel OPA227 und OPA228 Der OPA228 ist ungefähr 4 × schneller, ist jedoch nur bei Verstärkungen von 5 oder höher stabil. Der OPA227 verfügt über eine Phasenleitungskappe, die seine Bandbreite begrenzt und eine Einheit ermöglicht -gain stabil.

  Manchmal verbirgt das Datenblatt des Operationsverstärkers diese Tatsache, z. B. mit dem AD8397 . Das Datenblatt sagt Ihnen, dass dies der Fall ist „Einheitsverstärkung stabil“ auf Seite 1, aber dann gehen Sie auf die Details ein und finden auf Seite 9 das erste Diagramm, das die Spitze der Kurve zwischen Bandbreite und Verstärkung bei Einheitsverstärkung zeigt. Dies führt effektiv zu einer positiven Rückkopplung, was bedeutet, dass Sie lediglich einen Stimulus mit der Spitzenfrequenz benötigen, um eine gute Chance zu haben, einen Oszillator zu erzeugen. Sie können eine Schaltung erhalten, die auf Ihrer Workbench einwandfrei funktioniert, aber an anderer Stelle aufgrund einer anderen RFI-Umgebung ausfällt.

Operationsverstärker können für viele Zwecke verwendet werden. Im Allgemeinen wird man eine Anstiegsrate wünschen, die schnell genug ist, dass der Operationsverstärker niemals wird Die Anstiegsgeschwindigkeit ist begrenzt, während ein „kontinuierliches“ Wechselstromsignal verarbeitet wird. Wenn andererseits ein Operationsverstärker zum Verarbeiten eines diskontinuierlichen Signals verwendet wird, das eine Anzahl von Gleichstrompegeln nacheinander darstellt, wird der Ausgang des Operationsverstärkers abgetastet Einige Zeit nach der Änderung des Eingangs kann eine Anstiegsrate, die langsam ist, aber immer noch ausreicht, damit der Ausgang den erforderlichen Pegel erreicht, bevor er abgetastet wird, die Wahrscheinlichkeit eines Überschwingens im Vergleich zu einer schnelleren Anstiegsrate verringern.

Ein anderer Weg Wenn man sich die Dinge ansieht, heißt das, wenn der Eingang eines Operationsverstärkers „natürlich“ frei von Übergängen ist, die schärfer wären als Was im Ausgang gewünscht oder benötigt wird, sollte ein Operationsverstärker verwendet werden, dessen Anstiegsrate mindestens so schnell ist wie die maximale Anstiegsrate, die vom Eingang aus gesteuert wird. Wenn der Eingang jedoch extrem scharfe Übergänge enthalten kann und der Ausgang diese nicht „reproduzieren muss“, kann die Verwendung eines Verstärkers mit begrenzter Anstiegsgeschwindigkeit „kostenlos“ dazu beitragen, die Schärfe der Übergänge im Ausgang und im Ausgang zu verringern Klingeln oder andere Unangenehmkeiten, die durch eine solche Schärfe verursacht werden können. Die Verwendung eines Operationsverstärkers mit einer höheren Anstiegsgeschwindigkeit als erforderlich kann den Umfang der bereitgestellten Hilfe verringern.